基于 libmad 的简单 MP3 流媒体播放器的实现

本文在 Fedora 5 Linux 下实现了一个基于 libmad 的 MP3 流媒体播放器。此流媒体播放器可以播放基于 HTTP 1.1 协议传输的 MP3 流媒体数据。

基本原理是：从 HTTP 服务器获得 MP3 媒体信息，然后通过网络传输把 MP3 数据以数据流的形式接收到 MP3 流媒体播放器客户端，由客户端通过 libmad 解码 MP3 数据流，得到 PCM 音频数据，写入音频设备，播放音乐。本文的流媒体播放器只是实现了必要的简单功能，没有考虑太多情况。比如，没有考虑实时播放控制，这样的话就不能随意选取播放点进行播放。

本文的 MP3 流媒体播放器创建两个线程，使用两个缓冲区保存 MP3 数据，可以一边下载数据，一边播放音乐。编译运行此 MP3 流媒体播放器需要安装 libmad (/products/mad/) 以及 ALSA(Advanced Linux Sound Architecture) ()相关的软件。ALSA包括4部分，分别是 sound driver, sound library , sound utilities 以及 tools。至少应该安装 sound driver, sound library 。编译程序时连接库的选项是：-lmad -lasound -lpthread。

本文的 MP3 流媒体播放器使用双缓冲区，一个是数据接收缓冲区，另一个是数据解码缓冲区。主程序结构如下图所示，图中的蓝色线表示数据流向。

图 1：MP3 流媒体播放器主程序结构图

2．libmad简介

MAD（libmad）是一个开源的高精度 MPEG 音频解码库，支持 MPEG-1（Layer I, Layer II 和 LayerIII（也就是 MP3）。LIBMAD 提供 24-bit 的 PCM 输出，完全是定点计算，非常适合没有浮点支持的平台上使用。使用 libmad 提供的一系列 API，就可以非常简单地实现 MP3 数据解码工作。在 libmad 的源代码文件目录下的 mad.h 文件中，可以看到绝大部分该库的数据结构和 API 等。

本文用到的 libmad 中的主要数据结构有：struct mad_stream, struct

mad_synth, struct mad_frame。它们的定义如下：

清单 1：libmad 中的主要数据结构

struct mad_stream {

unsigned char const *buffer; /* input bitstream buffer */

unsigned char const *bufend; /* end of buffer */

unsigned long skiplen; /* bytes to skip before next frame */

int sync; /* stream sync found */

unsigned long freerate; /* free bitrate (fixed) */

unsigned char const *this_frame; /* start of current frame */

unsigned char const *next_frame; /* start of next frame */

struct mad_bitptr ptr; /* current processing bit pointer */

struct mad_bitptr anc_ptr; /* ancillary bits pointer */

unsigned int anc_bitlen; /* number of ancillary bits */

unsigned char (*main_data)[MAD_BUFFER_MDLEN];

/* Layer III main_data() */

unsigned int md_len; /* bytes in main_data */

int options; /* decoding options (see below) */

enum mad_error error; /* error code (see above) */

};

如果缓冲区最后一个 MPEG 数据帧只有部分数据包括在缓冲区中，那么 struct mad_stream 中的 next_frame 域指到不完整数据的开始地址。由于缓冲区的MPEG 数据帧不一定完整，所以不完整的 MPEG 帧的数据必须拷贝到下一次解码操作的缓冲区中，进行再次解码。这里我们还看到 bufend 指向缓冲区数据的最后地址，也就是最后一字节的地址加 1 的位置。mad_stream.bufend –

mad_stream.next_frame 就是剩余的未被解码的 MPEG 帧的数据的字节数量（假设此帧在缓冲区中不完整）。mad_stream 的 error 域用来记录操作 mad_stream 得到的错误代码。错误代码在 mad.h 中有很详细的定义。

清单 2：错误代码在 mad.h 中的详细定义

struct mad_synth {

mad_fixed_t filter[2][2][2][16][8]; /* polyphase filterbank outputs */ /* [ch][eo][peo][s][v] */

unsigned int phase; /* current processing phase */

struct mad_pcm pcm; /* PCM output */

};

mad_synth 中的关键域 pcm 保存解码和合成后得到的 PCM 数据。

清单 3：mad_synth 中的关键域

struct mad_pcm {

unsigned int samplerate; /* sampling frequency (Hz) */

unsigned short channels; /* number of channels */

unsigned short length; /* number of samples per channel */ mad_fixed_t samples[2][1152]; /* PCM output samples [ch][sample] */ };

struct mad_pcm 定义了音频的采样率、每个声道个数以及最后的 PCM 采样数据。这些参数可用来初始化音频设备。

清单 4：struct mad_pcm

struct mad_frame {

struct mad_header header; /* MPEG audio header */

int options; /* decoding options (from stream) */

mad_fixed_t sbsample[2][36][32]; /* synthesis subband filter samples */

mad_fixed_t (*overlap)[2][32][18]; /* Layer III block overlap data */

};