【音视频】SDL播放PCM音频

news2025/4/16 7:51:24

相关API

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。
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
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;

播放音频

回调函数
SDL_AudioCallback
// 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)

实现流程

准备pcm文件

我们使用ffmpeg提取出pcm文件

ffmpeg -i input.mp4 -t 20 -codec:a pcm_s16le -ar 44100 -ac 2 -f s16le 44100_16bit_2ch.pcm

将文件放在在构建路径

在这里插入图片描述

初始化SDL音频模块

因为要用到SDL音频模块，所以这里要初始化一下

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

读取文件

使用C语言以二进制方式读取音频文件

FILE *audio_fd = NULL; 
const char *path = "44100_16bit_2ch.pcm";
audio_fd = fopen(path, "rb");
if(!audio_fd)
{
	fprintf(stderr, "Failed to open pcm file!\n");
	goto _FAIL;
}

设置音频缓冲区

每次从音频文件中拿取一部分音频，读取后再去拿取，设置缓冲区大小为1024*2*2*2字节
计算逻辑如下：

  • 每帧采样点为1024
  • 音频通道数为2
  • 音频采样位深为16bit = 2byte，即2字节
  • 每次缓存2帧数据
    因此缓冲区大小为：1024*2*2*2 = 8196字节
#define PCM_BUFFER_SIZE (1024*2*2*2)
为音频缓冲区分配内存

这里使用的数据类型为uint8_t，即8位无符号整数

static uint8_t* s_audio_buf = NULL;
s_audio_buf = (uint8_t *)malloc(PCM_BUFFER_SIZE);

设置音频格式

设置SDL中音频相关接口的参数

  • 采样频率（sample rate）
  • 采样格式（format）
  • 通道数（channels）
  • 采样个数（samples）

设置其他字段：

  • 静音基准值
  • 对齐格式，不设置默认为0
  • 回调函数，用于数据读取完毕后的操作
  • 回调函数参数，如果是全局参数可以忽略
SDL_AudioSpec spec;
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;          //静音
spec.samples = 1024;       //采样点 
spec.callback = fill_audio_pcm; // 回调函数
spec.userdata = NULL; //回调函数参数

设置回调函数

当SDL需要填充数据的时候，就会调用这个回调函数，因此我们需要在这个函数中填充数据。

  • udata之前设置为NULL，因此可以忽略不计
  • stream是需要被填充的地址
  • len是需要填充的大小

因此，我们需要先清空stream内部数据，然后将文件中读取到的数据拷贝到stream中

  • SDL_MixAudio用于拷贝数据到stream，并且设置SDL_MIX_MAXVOLUME宏用于设置音量大小

在回调函数中更新读取位置信息，触发主线程循环中的再次读取信息

// 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;

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
    SDL_MixAudio(stream, s_audio_pos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);
    printf("len = %d\n", len);
    s_audio_pos += len;  // 移动缓存指针
}

循环读取音频数据

设置SDL读取文件后直接开始读取数据，触发回调机制

SDL_PauseAudio(0);

循环读取文件片段，更新文件的起始位置和结束为止，直到文件读取完毕后退出循环

// 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;

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
        }
    }

需要计算每次回调的时间，目的是让出时间给CPU休眠，因为只有回调函数结束的时候，才会满足s_audio_pos < s_audio_end
得出的时间为：1024 / 44.1k = 0.23ms，可以设置短一点，这里就设置为10ms，休眠后检查是否需要再次读取文件数据即可。

关闭设备和清空内存

播放结束后，需要关闭SDL音频设备和音频文件，并且退出SDL子系统

SDL_CloseAudio();

if(s_audio_buf)
	free(s_audio_buf);

if(audio_fd)
	fclose(audio_fd);

SDL_Quit();

完整代码

main.c

/**
 * SDL2播放PCM
 *
 * Darren 326873713
 * 326873713@qq.com
 * 腾讯课堂-零声学院：https://ke.qq.com/course/468797
 *
 * 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>
#include<stdlib.h>
#include <unistd.h>

// 每次读取2帧数据, 以1024个采样点一帧 2通道 16bit(2字节)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
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
    SDL_MixAudio(stream, s_audio_pos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);
    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;
}

更多资料

更多资料参考：https://github.com/0voice

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