09_使用SDL播放PCM
通过命令ffpay播放PCM
可以使用ffplay播放《08_音频录制02_编程》中录制好的PCM文件，测试一下是否录制成功。
播放PCM需要指定相关参数：
- ar:采样率
- ac:声道数
- f:采样格式，sample_fmts + le(小端)或者 be(大端)
sample_fmts可以通过ffplay -sample_fmts来查询
// 查看pcm文件
ffprobe -ar 44100 -ac 2 -f f32le out.pcm
// 播放pcm文件
ffplay -ar 44100 -ac 2 -f f32le out.pcm
-ar:采样率
-ac:声道数
-f:表示pcm格式，sample_fmts + le(小端)或者 be(大端)
sample_fmts可以通过ffplay -sample_fmts来查询
其中电脑里支持-f的值可以通过下面命令查询格式
// win
ffmpeg -formats | findstr PCM
//mac
ffmpeg -formats | grep PCM
虽然知道了电脑里支持的pcm格式，但是支持的那么多，我们用那个呢？其实还有一种方法可以确定：就是使用ffmpeg命令录制一个wav文件
// win
ffmpeg -f dshow -i audio="麦克风 (Realtek(R) Audio)" out.wav
// mac
ffmpeg -f avfoundation -i :0 out.wav
我们只需要看Input这里，因为Input是录音设备的一些信息，而Output是wav文件输出的信息，所以可以从Input这里看到pcm格式是f32le
注意：如果pcm格式设置的不对，播放pcm文件就会出现嗤嗤的声音
使用SDL播放PCM
ffplay是基于FFmpeg、SDL两个库实现的。通过编程的方式播放音视频，也是需要用到这2个库。FFmpeg大家都已经清楚了，比较陌生的是SDL。
简介
SDL（Simple DirectMedia Layer），是一个跨平台的C语言多媒体开发库。
- 支持Windows、Mac OS X、Linux、iOS、Android
- 提供对音频、键盘、鼠标、游戏操纵杆、图形硬件的底层访问
- 很多的视频播放软件、模拟器、受欢迎的游戏都在使用它
- 目前最新的稳定版是：2.0.14
- API文档：wiki
下载
SDL官网下载地址：download-sdl2。
Windows
由于我们使用的是MinGW编译器，所以选择下载SDL2-devel-2.0.14-mingw.tar.gz。
解压后的目录结构如下图所示，跟FFmpeg的目录结构类似，因此就不再赘述每个文件夹的作用。
Mac
从brew官网可以看得出来：之前执行brew install ffmpeg时，已经顺带安装了SDL，安装目录是：/usr/local/Cellar/sdl2。
如果没有这个目录，就执行brew install sdl2进行安装即可。
HelloWorld
来个简单的SDL HelloWorld吧，打印一下SDL的版本号。
.pro文件
win32 {
FFMPEG_HOME = F:/Dev/ffmpeg-4.3.2
SDL_HOME = D:/SoftwareInstall/SDL2-devel-2.0.14-mingw/x86_64-w64-mingw32
}
macx {
FFMPEG_HOME = /usr/local/Cellar/ffmpeg/4.3.2
SDL_HOME = /usr/local/Cellar/sdl2/2.0.14_1
}
INCLUDEPATH += $${FFMPEG_HOME}/include
LIBS += -L$${FFMPEG_HOME}/lib \
-lavdevice \
-lavcodec \
-lavformat \
-lavutil
INCLUDEPATH += $${SDL_HOME}/include
LIBS += -L$${SDL_HOME}/lib \
-lSDL2
在Windows环境中，还需要处理一下dll文件，需要讲SDL的bin目录配置成系统环境变量，或者将SDL的bin目录下的SDL2.dll文件考入到项目生成的可执行文件目录下：
cpp代码
#include <SDL2/SDL.h>
SDL_version v;
SDL_VERSION(&v);
// 2 0 14
qDebug() << v.major << v.minor << v.patch;
播放PCM
多线程
playthread.h
#include <QThread>
class PlayThread : public QThread {
Q_OBJECT
private:
void run();
public:
explicit PlayThread(QObject *parent = nullptr);
~PlayThread();
};
playthread.cpp
PlayThread::PlayThread(QObject *parent) : QThread(parent){
// 在线程结束时自动回收线程的内存
connect(this, &PlayThread::finished,
this, &PlayThread::deleteLater);
}
PlayThread::~PlayThread() {
disconnect();
// 线程对象的内存回收时，正常结束线程
requestInterruption();
quit();
wait();
}
void PlayThread::run() {
// 播放音频操作
// ...
}
初始化子系统
SDL分成好多个子系统（subsystem）：
- Video：显示和窗口管理
- Audio：音频设备管理
- Joystick：游戏摇杆控制
- Timers：定时器
- ...
目前只用到了音频功能，所以只需要通过SDL_init函数初始化Audio子系统即可。
// 初始化Audio子系统
if (SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO)) {
// 返回值不是0，就代表失败
qDebug() << "SDL_Init Error" << SDL_GetError();
return;
}
flags 参数取值：
// 定时器
#define SDL_INIT_TIMER 0x00000001u
// 音频
#define SDL_INIT_AUDIO 0x00000010u
// 视频
#define SDL_INIT_VIDEO 0x00000020u /**< SDL_INIT_VIDEO implies SDL_INIT_EVENTS */
// 游戏控制杆
#define SDL_INIT_JOYSTICK 0x00000200u /**< SDL_INIT_JOYSTICK implies SDL_INIT_EVENTS */
// 触摸屏
#define SDL_INIT_HAPTIC 0x00001000u
// 游戏控制器
#define SDL_INIT_GAMECONTROLLER 0x00002000u /**< SDL_INIT_GAMECONTROLLER implies SDL_INIT_JOYSTICK */
// 事件
#define SDL_INIT_EVENTS 0x00004000u
// 传感器
#define SDL_INIT_SENSOR 0x00008000u
// 错误捕获
#define SDL_INIT_NOPARACHUTE 0x00100000u /**< compatibility; this flag is ignored. */
// 全部子系统
#define SDL_INIT_EVERYTHING ( \
SDL_INIT_TIMER | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_EVENTS | \
SDL_INIT_JOYSTICK | SDL_INIT_HAPTIC | SDL_INIT_GAMECONTROLLER | SDL_INIT_SENSOR \
)
初始化成功返回 0，初始化失败函数返回值为 -1，函数只接受各个子系统的常量作为参数。初始化音频子系统，传入参数SDL_INIT_AUDIO；初始化视频子系统传入SDL_INIT_VIDEO；并且可初始化一个或者多个子系统，例如同时初始化音频和视频子系统，传入SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_VIDEO。
打开音频设备
/* 一些宏定义 */
// 采样率
#define SAMPLE_RATE 44100
// 采样格式
#define SAMPLE_FORMAT AUDIO_S16LSB
// 采样大小
#define SAMPLE_SIZE SDL_AUDIO_BITSIZE(SAMPLE_FORMAT)
// 声道数
#define CHANNELS 2
// 音频缓冲区的样本数量
#define SAMPLES 1024
// 用于存储读取的音频数据和长度
typedef struct {
int len = 0;
int pullLen = 0;
Uint8 *data = nullptr;
} AudioBuffer;
// 音频参数
SDL_AudioSpec spec;
// 采样率
spec.freq = SAMPLE_RATE;
// 采样格式（s16le）
spec.format = SAMPLE_FORMAT;
// 声道数
spec.channels = CHANNELS;
// 音频缓冲区的样本数量（这个值必须是2的幂）
spec.samples = SAMPLES;
// 回调
spec.callback = pullAudioData;
// 传递给回调的参数
AudioBuffer buffer;
spec.userdata = &buffer;
// 打开音频设备
if (SDL_OpenAudio(&spec, nullptr)) {
qDebug() << "SDL_OpenAudio Error" << SDL_GetError();
// 清除所有初始化的子系统
SDL_Quit();
return;
}
SDL_OpenAudio 有两个参数：
- desired：期望参数，播放的音频对应的参数；
- obtained：实际硬件设备参数，可传 nullptr；
SDL_AudioSpec 结构体:
typedef struct SDL_AudioSpec
{
// 采样率
int freq; /**< DSP frequency -- samples per second */
// 音频数据格式
SDL_AudioFormat format; /**< Audio data format */
// 声道数
Uint8 channels; /**< Number of channels: 1 mono, 2 stereo */
// 音频缓冲区静音值
Uint8 silence; /**< Audio buffer silence value (calculated) */
// 采样帧大小
Uint16 samples; /**< Audio buffer size in sample FRAMES (total samples divided by channel count) */
// 兼容性参数
Uint16 padding; /**< Necessary for some compile environments */
// 音频缓冲区大小
Uint32 size; /**< Audio buffer size in bytes (calculated) */
// 填充音频缓冲区回调函数
SDL_AudioCallback callback; /**< Callback that feeds the audio device (NULL to use SDL_QueueAudio()). */
// 用户自定义数据，
void *userdata; /**< Userdata passed to callback (ignored for NULL callbacks). */
} SDL_AudioSpec;
回调函数：
typedef void (SDLCALL * SDL_AudioCallback) (void *userdata, Uint8 * stream, int len);
当音频设备需要更多数据时会调用该函数；
打开文件
#define FILENAME "F:/in.pcm"
// 打开文件
QFile file(FILENAME);
if (!file.open(QFile::ReadOnly)) {
qDebug() << "文件打开失败" << FILENAME;
// 关闭音频设备
SDL_CloseAudio();
// 清除所有初始化的子系统
SDL_Quit();
return;
}
开始播放
// 每个样本占用多少个字节
#define BYTES_PER_SAMPLE ((SAMPLE_SIZE * CHANNELS) / 8)
// 文件缓冲区的大小
#define BUFFER_SIZE (SAMPLES * BYTES_PER_SAMPLE)
// 开始播放
SDL_PauseAudio(0);
// 存放文件数据
Uint8 data[BUFFER_LEN];
while (!isInterruptionRequested()) {
// 只要从文件中读取的音频数据，还没有填充完毕，就跳过
if (buffer.len > 0) continue;
buffer.len = file.read((char *) data, BUFFER_SIZE);
/*
* SDL_Delay(剩余时间);
*
* 采样率(每秒采样的样本次数)用SAMPLE_RATE表示,
* 每个样本的大小，用BYTES_PER_SAMPLE表示,
*
* 剩余的样本数量 = buffer.pullLen / BYTES_PER_SAMPLE,
* 剩余时间 = 剩余的样本数量 / 采样率
*/
// 文件数据已经读取完毕
if (buffer.len <= 0) {
// 下面三句代码作用是：推迟线程结束的时间,否则在音频快播放结束时会出现突然停止
// 剩余的样本数量
int samples = buffer.pullLen / BYTES_PER_SAMPLE;
int ms = samples * 1000 / SAMPLE_RATE;
SDL_Delay(ms);
break;
}
// 读取到了文件数据
buffer.data = data;
}
上面代码中的if (buffer.len <= 0)里面的三句话主要作用是推迟线程结束的时间，因为这里代码的线程和回调函数pullAudioData中的线程不是同一个，如果在音频快播放结束时，回调函数中的音频缓冲区数据处理没有这里的线程处理快，就会导致这里的线程走释放资源的方法，有时就会导致音频还未完全播放完就结束了。
回调函数
// userdata：SDL_AudioSpec.userdata
// stream：音频缓冲区（需要将音频数据填充到这个缓冲区）
// len：音频缓冲区的大小（SDL_AudioSpec.samples * 每个样本的大小）
void pullAudioData(void *userdata, Uint8 *stream, int len) {
// 清空stream
SDL_memset(stream, 0, len);
// 取出缓冲信息
AudioBuffer *buffer = (AudioBuffer *) userdata;
if (buffer->len == 0) return;
// 取len、bufferLen的最小值（为了保证数据安全，防止指针越界）
buffer->pullLen = (len > buffer->len) ? buffer->len : len;
// 填充数据
SDL_MixAudio(stream,
buffer->data,
buffer->pullLen,
SDL_MIX_MAXVOLUME);
buffer->data += buffer->pullLen;
buffer->len -= buffer->pullLen;
}
回调函数：
typedef void (SDLCALL * SDL_AudioCallback) (void *userdata, Uint8 * stream, int len);
- userdata：SDL_AudioSpec 结构体中用户自定义的数据，可不用；
- stream：指向音频缓冲区的指针；
- len：音频缓冲区大小；
混音函数：
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_MixAudio(Uint8 * dst, const Uint8 * src, Uint32 len, int volume);
- dst：目标数据，这里传入音频缓冲区指针 stream；
- src：音频数据，这里传入我们读出的 PCM 数据；
- len：音频数据长度，这里传入音频缓冲区大小 len；
- volume：音量，范围 0~128，这里我们传入 SDL_MIX_MAXVOLUME，注意此参数并不会修改硬件音量；
释放资源
// 关闭文件
file.close();
// 关闭音频设备
SDL_CloseAudio();
// 清理所有初始化的子系统
SDL_Quit();
