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Qt開發專欄：三方庫開發技術（點擊傳送門）

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前言

??對于Qt應用來說，為了更大的跨平臺通用性，使用SDL播放音頻，同時也能做更多的擴充操作，

聲波

??聲音是通過空氣傳播的一種連續的波，簡稱聲波，聲音的強弱體現在聲波壓力的大小上，音調的音調體現在聲音的頻率上，
??聲音信號由兩個基本引數是頻率和復讀，信號的頻率指的是信號每秒變化的次數，用Hz表示，
頻率范圍為20Hz ~ 20Khz的信號成為音頻信號，該范圍內的音頻聲音幅度在0~120dB之間，可被人感知到，
聲音轉換為數字信號，則成為音頻信號，

音頻信號

??音頻信號（acoustic signals）是帶有語音、音樂和音效的有規律的聲波的頻率、幅度變化資訊載體，根據聲波的特征，可把音頻資訊分類為規則音頻和不規則聲音，其中規則音頻又可以分為語音、音樂和音效，規則音頻是一種連續變化的模擬信號，可用一條連續的曲線來表示，稱為聲波，
??聲音的三個要素是音調、音強和音色，聲波或正弦波有三個重要引數：頻率 ω0、幅度An和相位ψn ，這也就決定了音頻信號的特征，
??對音頻信號進行采樣，模擬信號數字化后，就是數字音頻信號了，

數字音頻信號

??數字音頻計算機資料的存盤是以0、1的形式存取的，那么數字音頻就是首先將音頻檔案轉化，接著再將這些電平信號轉化成二進制資料保存，播放的時候就把這些資料轉換為模擬的電平信號再送到喇叭播出，數字聲音和一般磁帶、廣播、電視中的聲音就存盤播放方式而言有著本質區別，相比而言，它具有存盤方便、存盤成本低廉、存盤和傳輸的程序中沒有聲音的失真、編輯和處理非常方便等特點，
??數字音頻信號，就是我們最終處理的音頻資料，
??音頻數字信號信號具備幾個特征：

量化級

??簡單地說就是描述聲音波形的資料是多少位的二進制資料，通常用bit做單位，如16bit、24bit，16bit量化級記錄聲音的資料是用16位的二進制數，因此，量化級也是數字聲音質量的重要指標，我們形容數字聲音的質量，通常就描述為24bit（量化級）、48KHz采樣，比如標準CD音樂的質量就是16bit、44.1KHz采樣，

聲道

??可以簡單的理解為通過一個振膜采樣到的音頻資料就是一個聲道，兩個振膜就是兩個聲道，以此類推，振膜一般有大、中、小三種尺寸，尺寸越大，對聲波越敏感，成本也越高，一個麥克風里面有的有一個振膜，有的有兩個振膜，一個振膜的麥克風進行的是Mono單聲道錄音，兩個振膜的麥克風進行的是Stereo雙聲道立體聲錄音，五聲道環繞立體聲錄音就是麥克風1錄取東北方向的聲音，麥克風2錄取西北方向的聲音，麥克風3錄取西南方向的聲音，麥克風4錄取東南方向的聲音，麥克風5錄取正前方的聲音，另外還有四聲道環繞立體聲錄音和七聲道環繞立體聲錄音，

采樣率

??簡單地說就是通過波形采樣的方法記錄1秒鐘長度的聲音，需要多少個資料，44KHz采樣率的聲音就是要花費44000個資料來描述1秒鐘的聲音波形，原則上采樣率越高，聲音的質量越好，

位元率

??按鍵渲染顏色一種數字音樂壓縮效率的參考性指標，表示記錄音頻資料每秒鐘所需要的平均位元值（位元是電腦中最小的資料單位，指一個0或者1的數），通常我們使用Kbps(通俗地講就是每秒鐘1024位元)作為單位，CD中的數字音樂位元率為1411.2Kbps（也就是記錄1秒鐘的CD音樂，需要1411.2×1024位元的資料），近乎于CD音質的MP3數字音樂需要的位元率大約是112Kbps～128Kbps，

壓縮率

??通常指音樂檔案壓縮前和壓縮后大小的比值，用來簡單描述數字聲音的壓縮效率，

SDL音頻播放流程決議

??基本流程如下：
??

步驟一：初始化子系統

??初始化音頻系統，其他多余的系統不用初始化，

步驟二：根據音頻資訊打開音頻設備

??填充好SDL_AudioSpec音頻資訊，打開音頻設備，此時會回傳最接近的音頻設備，若沒有接近的則第二個引數回傳0，此時我們直接第二個引數如0，無需回傳，

步驟三：開始播放

??使用SDL_PauseAudio(0)進行播放，

步驟四：回圈補充資料

??根據緩沖區資料長度和檔案剩余的資料長度進行補充，若緩沖區資料沒了，就補充一次，使用SDL_Delay進行1ms的延遲，用當前快取區剩余未播放的長度大于0結合前面的延遲進行等待，

步驟四（附加）：回呼函式

??開始播放后，會有音頻其他子執行緒來呼叫回呼函式，進行音頻資料的補充，經過測驗每次補充4096個位元組，

步驟五：關閉音頻設別

步驟六：退出SDL系統

SDL播放音頻相關變數

struct SDL_AudioSpec

??SDL_AudioSpec是包含音頻輸出格式的結構體，同時它也包含當音頻設備需要更多資料時呼叫的回呼函式，此結構體是關鍵，

typedef struct SDL_AudioSpec
{
    int freq;                   // DSP頻率—每秒采樣數
    SDL_AudioFormat format;     // 音頻資料格式
    Uint8 channels;             // 通道數1-單聲道，2-立體聲
    Uint8 silence;              // 音頻緩沖靜音值（計算）
    Uint16 samples;             // 基本是512、1024設定不合適可能會導致卡頓’
    Uint16 padding;             // 對于某些編譯環境是必需的
    Uint32 size;                // 音頻緩沖區大小（位元組）（計算）
    SDL_AudioCallback callback; // 為音頻設備提供資料回呼(空值使用SDL 自身預先定義的SDL_QueueAudio ()回呼函式)
    void *userdata;             // 傳遞給回呼的Userdata（對于慷訓呼忽略）
} SDL_AudioSpec;

??舉例：播放pcm音頻“匆匆那年-44100-16位-雙通道.pcm”

// 音頻結構體設定
SDL_AudioSpec sdlAudioSpec;
sdlAudioSpec.freq = 44100;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16SYS;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.silence = 0;
sdlAudioSpec.samples = 1024;
sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData;
sdlAudioSpec.userdata = 0;

SDL播放音頻相關原型

SDL_Init()

int SDLCALL SDL_Init(Uint32 flags);

??使用此函式初始化SDL庫，必須在使用大多數其他SDL函式之前呼叫它，初始化的時候盡量做到“夠用就好”，而不要用SDL_INIT_EVERYTHING，會出現一些不可預知的問題，

• 引數一：輸入初始化的設備
  

SDL_OpenAudio()

int SDL_OpenAudio(SDL_AudioSpec * desired,
                  SDL_AudioSpec * obtained);

??此函式使用所需引數打開音頻設備，然后如果成功，則回傳0，將實際硬體引數放入已獲得指向的結構，如果獲得的為空，則音頻傳遞給回呼函式的資料將被保證在請求的格式，并將自動轉換為硬體音頻格式（如有必要），如果失敗，此函式回傳-1，則無法打開音頻設備，或無法設定音頻執行緒，

• 引數一：輸入需要打開的音頻設備引數；
• 引數二：回傳打開成功的音頻設備引數；

SDL_PauseAudio()

extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on);

??暫停音頻功能，函式暫停和取消暫停音頻回呼處理，
??打開音頻后，應使用引數0呼叫它們開始播放聲音的設備，這樣就可以在打開音頻設備后安全地初始化回呼函式的資料，
??暫停期間，靜音將寫入音頻設備，

SDL_MixAudio：混音播放函式

void SDL_MixAudio(Uint8 * dst,
                 const Uint8 * src,
                 Uint32 len,
                 int volume);

??這需要播放音頻格式和混音的兩個音頻緩沖區它們執行加法、音量調節和溢位剪輯，音量的范圍從0到128，應設定為SDL_MIX_MAXVOLUME全音頻音量，注意這不會改變硬體的音量，
這是為了方便起見，可以混合音頻資料，

• 引數一：目標資料，這個是回呼函式里面的stream指標指向的，直接使用回呼的stream指標即可，
• 引數二：音頻資料，這個是將需要播放的音頻資料混到stream里面去，那么這里就是我們需要填充的播放的資料，
• 引數三：音頻資料的長度，這個是我們填充過去的長度，
• 引數四：音量，0~128范圍，SAL_MIX_MAXVOLUME為128，設定的是軟音量，不是硬體的音響，

SDL_Delay()

void SDL_Delay(Uint32 ms);

??在回傳之前等待指定的毫秒數，

SDL_Quit()

void SDLCALL SDL_Quit(void);

??此函式用于清除所有初始化的子系統，在所有退出條件后呼叫它，

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Demo原始碼

void SDLManager::testPlayPCM()
{
    int ret = 0;
    // 音頻結構體
    SDL_AudioSpec sdlAudioSpec;
//    sdlAudioSpec.freq = 44100;
    sdlAudioSpec.freq = 22050;
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_U8; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S8; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16LSB; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16LSB; // √
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16MSB; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16LSB; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16MSB; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16; // x
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16; // √
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16SYS; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S32SYS; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_F32SYS; // x
//    sdlAudioSpec.format = AUDIO_F32MSB; // x
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.silence = 0;
    sdlAudioSpec.samples = 1024;    // 導致錯誤512~1024之間
    sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData;
    sdlAudioSpec.userdata = 0;

    QString fileName;

#if 0
    fileName = "testPCM/王妃-22050-16位-單通道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 22050;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 1
    fileName = "testPCM/匆匆那年-44100-16位-雙通道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 44100;
    sdlAudioSpec.channels = 2;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/北京北京8k16bits單聲道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 8000;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/冰雨片段48k16bit單聲道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 48000;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/浪花一朵朵片段48k16bit單聲道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 48000;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif

    QFile file(fileName);
    if(!file.open(QIODevice::ReadOnly))
    {
        LOG << "Failed" << file.exists();
        return;
    }


    // 步驟一：初始化音頻子系統
    ret = SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }

    // 步驟二：打開音頻設備
    ret = SDL_OpenAudio(&sdlAudioSpec, 0);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }

    // 步驟三：開始播放
    SDL_PauseAudio(0);

#if 1
    // 步驟四：一次性讀取所有的資料
    QByteArray data = file.readAll();
    int pos = 0;
    _audioPos = (uint8_t *)data.data();
    _audioLen = data.size();
    pos += data.size();
    while(_audioLen > 0)
    {
        SDL_Delay(1);
    }
#else
    // 步驟四：一次性讀取4096
    int readSize = 4096;
    while(true)
    {
        _audioPos = (uint8_t *)file.read(readSize).data();
        _audioLen = readSize;
        while(_audioLen > 0)
        {
            SDL_Delay(1);
        }
    }
#endif
    // 步驟：播放完畢
    SDL_CloseAudio();

    // 步驟：釋放SDL
    SDL_Quit();


    if(file.isOpen())
    {
        file.close();
        return;
    }
}

void SDLManager::callBack_fillAudioData(void *userdata, uint8_t *stream, int len)
{
    SDL_memset(stream, 0, len);
    if(_audioLen == 0)
    {
        return;
    }
    len = (len > _audioLen ? _audioLen : len);

    SDL_MixAudio(stream, _audioPos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);

    _audioPos += len;
    _audioLen -= len;

    // 每次加載4096
    LOG << len;
}

工程模板：對應版本號v1.1.0

??對應版本號v1.1.0：播放裸PCM資料，

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