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libmad音频解码库分析2008-07-25 11:46MAD(libmad)是一个开源的高精度MPEG音频解码库，支持MPEG-1标准。

libmad提供24-bit的PCM输出，完全定点计算，非常适合在没有浮点支持的嵌入式硬件平台上使用。

使用libmad提供的一系列API可以实现MP3文件的解码。

“mad.h”头文件定义了libmad的数据结构及API函数[15]。

表4 libmad中的主要数据结构MAD通过回调函数机制来实现解码，每个回调函数会返回一个枚举类型mad_flow,通过mad_flow可以控制解码的过程。

在未经处理的情况下，MAD一般输出32bit，以little endian格式存放在mad_fixed_t中的数据。

但是大多数的声卡并不能支持输出高达32bit精度的数据，因而还必须对mad_fixed_t进行量化，圆滑处理以及抖动，使到采样信号降到16bit精度。

MAD负责的只是解码的过程，它工作过程是：从外部获取输入，逐帧解码，在解码的过程中返回信息，然后得到解码结果。

开发人员要手动设置输入输出。

编程实现解码的方法为：初始化mad_decoder,里面包含了指向输入、输出、滤波、错误和消息回调函数的指针。

通过mad_decoder_init()实现初始化[16]。

struct mad_decoder decoder;struct my_playbuf playbuf; //设置数据缓冲区mad_decoder_init(&decoder,&playbuf,input_func,header_func,/*filter*/0 , output_func, /*error*/ 0, /* message */ 0);在这个初始化函数里面，回调输入函数指向了input_func，处理帧头信息的函数指向了header_func，而输出函数则为output_func。

其它的滤波，错误和信息函数没有设置，置0。

接着，MAD进入了一个解码的循环过程：当解码函数里面的数据解码完毕时，调用input_func函数;当input_func函数告知解码函数全部数据已经解码完毕，则MAD处理退出；对帧头进行解码，调用header_func函数；对帧中的主数据进行解码；调用filter_func函数；将解码数据输出，调用output_func函数；重复上述步骤。

MAD在每进行一帧的解码结束后都会询问mad_flow的状态，以决定是否进行下一帧的解码。

enum mad_flow的数据结构定义如下：enum mad_flow{MAD_FLOW_CONTINUE = 0x0000, /*继续进行下一帧的解码*/MAD_FLOW_STOP = 0x0010, /*停止对该比特流的解码并正常退出*/MAD_FLOW_BREAK = 0x0010, /*停止对该比特流的解码并返回错误*/MAD_FLOW_IGNORE = 0x0020 /*不解码该帧，跳入下一帧*/}；大多数情况下回调函数会返回MAD_FLOW_CONTINUE。

要自定义实现的回调函数的声明格式为：enum mad_flow (*input_func)(void *, struct mad_stream *);enum mad_flow (*header_func)(void *, struct mad_header const *);enum mad_flow (*filter_func)(void *, struct mad_stream const *, struct mad_frame *);enum mad_flow (*output_func)(void *, struct mad_header const *, struct mad_pcm *);enum mad_flow (*error_func)(void *, struct mad_stream *, struct mad_frame *);enum mad_flow (*message_func)(void *, void *, unsigned int *);其中void *指针将缓冲数据传递给这些回调函数，由回调函数对数据进行处理。

Input_func函数一般会执行以下操作：if (more_data_available)buffer = refill_buffer();mad_stream_buffer(stream, buffer, length_of_buffer);return MAD_FLOW_CONTINUE;else return MAD_FLOW_STOP;header_func函数会根据mad_header指向的帧头从中读取重要的帧信息，如将读取到的帧长度赋值给mad_timer_t，可以从mad.h中得知存放这些信息的数据结构。

在output_func函数中，利用指向PCM数据的指针mad_pcm,执行类似以下操作：mad_fixed_t *left_ch = pcm->samples[0], *right_ch=pcm->samples[1];//将采样数据分别输出到左右声道int nsamples = pcm->length;signed int sample;unsigned char * buffer = some_buffer;unsigned char * ptr = buffer;while (nsamples--){sample = (signed int) do_downsample(*left_ch++)*ptr++ = (unsigned char) (sample >> 0);*ptr++ = (unsigned char) (sample >> 8);sample = (signed int) do_downsample(*right_ch++)*ptr++ = (unsigned char) (sample >> 0);*ptr++ = (unsigned char) (sample >> 8);//处理左右声道采样数据，输出16bit little endian格式PCM}定义好各回调函数之后，便可以开始解码：mad_decoder_run(&decoder, MAD_DECODER_MODE_SYNC);解码完毕后，调用mad_decoder_finish(&decoder);Linux音频设备操作2008-07-25 11:47音频设备操作为了将libmad解码后的PCM数据输出到本地的音频设备，需要调用OSS音频驱动API函数，具体的操作过程为[17] [18]：（1）包含必要的头文件，并定义合适的输出缓冲区#include <ioctl.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <sys/soundcard.h>#define BUF_SIZE 4096int audio_fd;unsigned char audio_buffer[BUF_SIZE];（2）打开音频设备/dev/sound/dspif ((audio_fd = open("/dev/sound/dsp", O_WRONLY, 0)) == -1) {perror("/dev/sound/dsp"); //如果打不开，提示出错exit(1);}（3）设置采样格式、声道数和采样速率int format; //设置采样格式format = AFMT_S16_LE; //设置为16bit little endian格式if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_SETFMT, &format) == -1) {perror("SNDCTL_DSP_SETFMT"); //如果设置格式失败，提示出错exit(1);} //退出程序int channels = 2; //设置两声道if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_CHANNELS, &channels) == -1) {perror("SNDCTL_DSP_CHANNELS"); //如果设置声道数失败，提示出错exit(1);}int speed = 44100; //设置采样速率if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_SPEED, &speed)==-1) {perror("SNDCTL_DSP_SPEED"); //如果设置速率失败，提示出错exit(1);}（4）关闭音频设备close(audio_fd);audio_fd=-1;采用libmad+libao实现最简单的mp3播放器2008-07-25 13:28一、概述1.libmad介绍MAD (libmad) is a high-quality MPEG audio decoder. It currently supports MPEG-1 and the MPEG-2 extension to Lower Sampling Frequencies, as well asthe so-called MPEG 2.5 format. All three audio layers (Layer I, Layer II, and Layer III a.k.a. MP3) are fully implemented.MAD does not yet support MPEG-2 multichannel audio (although it should bebackward compatible with such streams) nor does it currently support AAC.MAD has the following special features:- 24-bit PCM output- 100% fixed-point (integer) computation- completely new implementation based on the ISO/IEC standards- distributed under the terms of the GNU General Public License (GPL)2.libao介绍libao is a cross platform audio library that allows program to output audio using a simple API on a wide varity of platform. It currently supports: . Null output (handy for testing without a sound device). Wav files. AV files. OSS (open sound system, used on linux and freebsd). ALSA (advanced linux sound archiecture). PulseAudio (next generation GNOME sound server ). esd (EsounD or enlightened sound daemon). AIX. Sun/ NetBSD/OpenBSD. IRIX. NAS (network audio server)二、源代码说明libmad附带了一个示例程序minimad, 但是仅仅是将解码结果输出到屏幕上，而libao则是基于OSS、ALSA等之上的音频高级API，可以将pcm输出，通过多种方式播放出来，因此将两者结合起来，编写一个可以播放mp3的程序。