SDL开发笔记（二）：音频基础介绍、使用SDL播放音频
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前言
对于Qt应用来讲，为了更大的跨平台通用性，使用SDL播放音频，同时也能作更多的扩充操做。安全
声波
声音是经过空气传播的一种连续的波，简称声波。声音的强弱体如今声波压力的大小上，音调的音调体如今声音的频率上。
声音信号由两个基本参数是频率和复读。信号的频率指的是信号每秒变化的次数，用Hz表示。
频率范围为20Hz ~ 20Khz的信号成为音频信号。该范围内的音频声音幅度在0~120dB之间，可被人感知到。
声音转换为数字信号，则成为音频信号。svg
音频信号
音频信号（acoustic signals）是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。其中规则音频又能够分为语音、音乐和音效。规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。
声音的三个要素是音调、音强和音色。声波或正弦波有三个重要参数：频率 ω0、幅度An和相位ψn ，这也就决定了音频信号的特征。
对音频信号进行采样，模拟信号数字化后，就是数字音频信号了。函数
数字音频信号
数字音频计算机数据的存储是以0、1的形式存取的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电平信号转化成二进制数据保存，播放的时候就把这些数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和通常磁带、广播、电视中的声音就存储播放方式而言有着本质区别。相比而言，它具备存储方便、存储成本低廉、存储和传输的过程当中没有声音的失真、编辑和处理很是方便等特色。
数字音频信号，就是咱们最终处理的音频数据。
音频数字信号信号具有几个特征：测试
量化级
简单地说就是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，一般用bit作单位，如16bit、24bit。16bit量化级记录声音的数据是用16位的二进制数，所以，量化级也是数字声音质量的重要指标。咱们形容数字声音的质量，一般就描述为24bit（量化级）、48KHz采样，好比标准CD音乐的质量就是16bit、44.1KHz采样。ui
声道
能够简单的理解为经过一个振膜采样到的音频数据就是一个声道，两个振膜就是两个声道，以此类推。振膜通常有大、中、小三种尺寸，尺寸越大，对声波越敏感，成本也越高。一个麦克风里面有的有一个振膜，有的有两个振膜。一个振膜的麦克风进行的是Mono单声道录音，两个振膜的麦克风进行的是Stereo双声道立体声录音。五声道环绕立体声录音就是麦克风1录取东北方向的声音，麦克风2录取西北方向的声音，麦克风3录取西南方向的声音，麦克风4录取东南方向的声音，麦克风5录取正前方的声音。另外还有四声道环绕立体声录音和七声道环绕立体声录音。.net
采样率
简单地说就是经过波形采样的方法记录1秒钟长度的声音，须要多少个数据。44KHz采样率的声音就是要花费44000个数据来描述1秒钟的声音波形。原则上采样率越高，声音的质量越好。线程
比特率
按键渲染颜色一种数字音乐压缩效率的参考性指标，表示记录音频数据每秒钟所须要的平均比特值（比特是电脑中最小的数据单位，指一个0或者1的数），一般咱们使用Kbps(通俗地讲就是每秒钟1024比特)做为单位。CD中的数字音乐比特率为1411.2Kbps（也就是记录1秒钟的CD音乐，须要1411.2×1024比特的数据），近乎于CD音质的MP3数字音乐须要的比特率大约是112Kbps～128Kbps。指针
压缩率
一般指音乐文件压缩前和压缩后大小的比值，用来简单描述数字声音的压缩效率。
SDL音频播放流程解析
基本流程以下：
步骤一：初始化子系统
初始化音频系统，其余多余的系统不用初始化。
步骤二：根据音频信息打开音频设备
填充好SDL_AudioSpec音频信息，打开音频设备，此时会返回最接近的音频设备，若没有接近的则第二个参数返回0，此时咱们直接第二个参数如0，无需返回。
步骤三：开始播放
使用SDL_PauseAudio(0)进行播放。
步骤四：循环补充数据
根据缓冲区数据长度和文件剩余的数据长度进行补充，若缓冲区数据没了，就补充一次，使用SDL_Delay进行1ms的延迟，用当前缓存区剩余未播放的长度大于0结合前面的延迟进行等待。
步骤四（附加）：回调函数
开始播放后，会有音频其余子线程来调用回调函数，进行音频数据的补充，通过测试每次补充4096个字节。
步骤五：关闭音频设别
步骤六：退出SDL系统
SDL播放音频相关变量
struct SDL_AudioSpec
SDL_AudioSpec是包含音频输出格式的结构体，同时它也包含当音频设备须要更多数据时调用的回调函数，此结构体是关键。
typedef struct SDL_AudioSpec
{
int freq; // DSP频率—每秒采样数
SDL_AudioFormat format; // 音频数据格式
Uint8 channels; // 通道数1-单声道，2-立体声
Uint8 silence; // 音频缓冲静音值（计算）
Uint16 samples; // 基本是5十二、1024设置不合适可能会致使卡顿’
Uint16 padding; // 对于某些编译环境是必需的
Uint32 size; // 音频缓冲区大小（字节）（计算）
SDL_AudioCallback callback; // 为音频设备提供数据回调(空值使用SDL 自身预先定义的SDL_QueueAudio ()回调函数)
void *userdata; // 传递给回调的Userdata（对于空回调忽略）
} SDL_AudioSpec;
举例：播放pcm音频“匆匆那年-44100-16位-双通道.pcm”
// 音频结构体设置 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播放音频相关原型
SDL_Init()
int SDLCALL SDL_Init(Uint32 flags);
使用此函数初始化SDL库，必须在使用大多数其余SDL函数以前调用它，初始化的时候尽可能作到“够用就好”，而不要用SDL_INIT_EVERYTHING。会出现一些不可预知的问题。
- 参数一：输入初始化的设备
SDL_OpenAudio()
int SDL_OpenAudio(SDL_AudioSpec * desired,
SDL_AudioSpec * obtained);
此函数使用所需参数打开音频设备，而后若是成功，则返回0，将实际硬件参数放入已得到指向的结构。若是得到的为空，则音频传递给回调函数的数据将被保证在请求的格式，并将自动转换为硬件音频格式（若有必要）。若是失败，此函数返回-1，则没法打开音频设备，或没法设置音频线程。
- 参数一：输入须要打开的音频设备参数；
- 参数二：返回打开成功的音频设备参数；
SDL_PauseAudio()
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on);
暂停音频功能。函数暂停和取消暂停音频回调处理。
打开音频后，应使用参数0调用它们开始播放声音的设备。这样就能够在打开音频设备后安全地初始化回调函数的数据。
暂停期间，静音将写入音频设备。
SDL_MixAudio：混音播放函数
void SDL_MixAudio(Uint8 * dst,
const Uint8 * src,
Uint32 len,
int volume);
这须要播放音频格式和混音的两个音频缓冲区它们执行加法、音量调节和溢出剪辑。音量的范围从0到128，应设置为SDL_MIX_MAXVOLUME全音频音量。注意这不会改变硬件的音量。
这是为了方便起见，能够混合音频数据。
- 参数一：目标数据，这个是回调函数里面的stream指针指向的，直接使用回调的stream指针便可。
- 参数二：音频数据，这个是将须要播放的音频数据混到stream里面去，那么这里就是咱们须要填充的播放的数据。
- 参数三：音频数据的长度，这个是咱们填充过去的长度。
- 参数四：音量，0~128范围，SAL_MIX_MAXVOLUME为128，设置的是软音量，不是硬件的音响。
SDL_Delay()
void SDL_Delay(Uint32 ms);
在返回以前等待指定的毫秒数。
SDL_Quit()
void SDLCALL SDL_Quit(void);
此函数用于清除全部初始化的子系统。在全部退出条件后调用它。
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Demo源码
void SDLManager::testPlayPCM()
{
int ret = 0;
// 音频结构体
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; // 致使错误512~1024之间
sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData;
sdlAudioSpec.userdata = 0;
QString fileName;
#if 0
fileName = "testPCM/王妃-22050-16位-单通道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 22050;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 1
fileName = "testPCM/匆匆那年-44100-16位-双通道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 44100;
sdlAudioSpec.channels = 2;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/北京北京8k16bits单声道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 8000;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/冰雨片断48k16bit单声道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 48000;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/浪花一朵朵片断48k16bit单声道.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;
}
// 步骤一：初始化音频子系统
ret = SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO);
if(ret)
{
LOG << "Failed";
return;
}
// 步骤二：打开音频设备
ret = SDL_OpenAudio(&sdlAudioSpec, 0);
if(ret)
{
LOG << "Failed";
return;
}
// 步骤三：开始播放
SDL_PauseAudio(0);
#if 1
// 步骤四：一次性读取全部的数据
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
// 步骤四：一次性读取4096
int readSize = 4096;
while(true)
{
_audioPos = (uint8_t *)file.read(readSize).data();
_audioLen = readSize;
while(_audioLen > 0)
{
SDL_Delay(1);
}
}
#endif
// 步骤：播放完毕
SDL_CloseAudio();
// 步骤：释放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;
// 每次加载4096
LOG << len;
}
工程模板：对应版本号v1.1.0
对应版本号v1.1.0：播放裸PCM数据。
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