流媒体开发16SDL-PCM播放

Posted 2021-10-15 叮咚咕噜

本节主要介绍使用SDL接口实现音频PCM数据的播放，具体实现可以在大致了解SDL接口的前提下，参考下面的程序解析和代码实现。

SDL接口介绍

• 打开音频设备

int SDLCALL SDL_OpenAudio(SDL_Audiospec * desired, SDL_AudioSpec * obtained); 
// desired：期望的参数。
// obtained：实际音频设备的参数，一般情况下设置为NULL即可。在ffplay的实现中会使用第二个参数，到时再详细介绍

• 入参结构体SDL_AudioSpec

typedef struct SDL_AudioSpec {
	int freq; // 音频采样率
	SDL_AudioFormat format; // 音频数据格式
	Uint8 channels; // 声道数: 1 单声道, 2 立体声
	Uint8 silence; // 设置静音的值，因为声音采样是有符号的，所以0当然就是这个值
	Uint16 samples; // 音频缓冲区中的采样个数，要求必须是2的n次，这个决定了回调len的长度，len=samples*chn*位宽（单位是字节）
	Uint16 padding; // 考虑到兼容性的一个参数
	Uint32 size; // 音频缓冲区的大小，以字节为单位
	SDL_AudioCallback callback; // 填充音频缓冲区的回调函数
	void *userdata; // 用户自定义的数据
} SDL_AudioSpec;

• SDL_AudioCallback回调

// userdata：SDL_AudioSpec结构中的用户自定义数据，一般情况下可以不用。
// stream：该指针指向需要填充的音频缓冲区。
// len：音频缓冲区的大小（以字节为单位）1024*2*2。
void (SDLCALL * SDL_AudioCallback) (void *userdata, Uint8 *stream, int len);

• 播放音频数据

// 当pause_on设置为0的时候即可开始播放音频数据。设置为1的时候，将会播放静音的值。
void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on)

运行结果

就是正常播放出了音频

程序解析

1、案例环境： 使用的是采样率44100，2通道，位宽16的pcm数据
2、整体思路： 从pcm文件中读取数据到buffer，开始播放之后，SDL会一直调用注册的回调接口SDL_AudioCallback来获取即将要输出的数据，SDL根据采样率和通道、位宽进行输出，不需要我们上层左帧率控制，应用层只需要一直读取数据到buffer中，回调一次写一次即可

代码实现

源代码下载：
sdl学习demo.zip

/**
 * SDL2播放PCM
 * 本程序使用SDL2播放PCM音频采样数据。SDL实际上是对底层绘图
 * API（Direct3D，OpenGL）的封装，使用起来明显简单于直接调用底层
 * API。
 * 测试的PCM数据采用采样率44.1k, 采用精度S16SYS, 通道数2
 *
 * 函数调用步骤如下:
 *
 * [初始化]
 * SDL_Init(): 初始化SDL。
 * SDL_OpenAudio(): 根据参数（存储于SDL_AudioSpec）打开音频设备。
 * SDL_PauseAudio(): 播放音频数据。
 *
 * [循环播放数据]
 * SDL_Delay(): 延时等待播放完成。
 *
 */

#include <stdio.h>
#include <SDL.h>

// 每次读取2帧数据, 以1024个采样点一帧 2通道 16bit采样点为例
#define PCM_BUFFER_SIZE (1024*2*2*2)

// 音频PCM数据缓存
static Uint8 *s_audio_buf = NULL;
// 目前读取的位置
static Uint8 *s_audio_pos = NULL;
// 缓存结束位置
static Uint8 *s_audio_end = NULL;


//音频设备回调函数:当前案例len=1024*2*2
void fill_audio_pcm(void *udata, Uint8 *stream, int len)
{
    SDL_memset(stream, 0, len);

    if(s_audio_pos >= s_audio_end) // 数据读取完毕
    {
        return;
    }

    // 数据够了就读预设长度，数据不够就只读部分（不够的时候剩多少就读取多少）
    int remain_buffer_len = s_audio_end - s_audio_pos;
    len = (len < remain_buffer_len) ? len : remain_buffer_len;
    // 拷贝数据到stream并调整音量（参数4是音量调节）
    SDL_MixAudio(stream, s_audio_pos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME/8);
    printf("len = %d\\n", len);
    s_audio_pos += len;  // 移动缓存指针
}

// 提取PCM文件
// ffmpeg -i input.mp4 -t 20 -codec:a pcm_s16le -ar 44100 -ac 2 -f s16le 44100_16bit_2ch.pcm
// 测试PCM文件
// ffplay -ar 44100 -ac 2 -f s16le 44100_16bit_2ch.pcm
#undef main
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = -1;
    FILE *audio_fd = NULL;
    SDL_AudioSpec spec;
    const char *path = "44100_16bit_2ch.pcm";
    // 每次缓存的长度
    size_t read_buffer_len = 0;

    //SDL initialize
    if(SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO))    // 支持AUDIO
    {
        fprintf(stderr, "Could not initialize SDL - %s\\n", SDL_GetError());
        return ret;
    }

    //打开PCM文件
    audio_fd = fopen(path, "rb");
    if(!audio_fd)
    {
        fprintf(stderr, "Failed to open pcm file!\\n");
        goto _FAIL;
    }

    s_audio_buf = (uint8_t *)malloc(PCM_BUFFER_SIZE);

    // 音频参数设置SDL_AudioSpec
    spec.freq = 44100;          // 采样频率
    spec.format = AUDIO_S16SYS; // 采样点格式
    spec.channels = 2;          // 2通道
    spec.silence = 0;
    spec.samples = 1024;       // 23.2ms -> 46.4ms 每次读取的采样数量，多久产生一次回调和 samples
    spec.callback = fill_audio_pcm; // 回调函数
    spec.userdata = NULL;

    //打开音频设备
    if(SDL_OpenAudio(&spec, NULL))
    {
        fprintf(stderr, "Failed to open audio device, %s\\n", SDL_GetError());
        goto _FAIL;
    }

    //play audio
    SDL_PauseAudio(0);

    int data_count = 0;
    while(1)
    {
        // 从文件读取PCM数据
        read_buffer_len = fread(s_audio_buf, 1, PCM_BUFFER_SIZE, audio_fd);
        if(read_buffer_len == 0)
        {
            break;
        }
        data_count += read_buffer_len; // 统计读取的数据总字节数
        printf("now playing %10d bytes data.\\n",data_count);
        s_audio_end = s_audio_buf + read_buffer_len;    // 更新buffer的结束位置
        s_audio_pos = s_audio_buf;  // 更新buffer的起始位置
        //the main thread wait for a moment
        while(s_audio_pos < s_audio_end)
        {
            SDL_Delay(10);  // 等待PCM数据消耗
        }
    }
    printf("play PCM finish\\n");
    // 关闭音频设备
    SDL_CloseAudio();

_FAIL:
    //release some resources
    if(s_audio_buf)
        free(s_audio_buf);

    if(audio_fd)
        fclose(audio_fd);

    //quit SDL
    SDL_Quit();

    return 0;
}