Java实现音频播放JavaSoundAPI编写音频管理组织程序

一、JavaSound的体系结构

二、JavaSound混频原理

三、音频数据与存储格式

四、设计音乐播放器

五、播放音乐

六、支持更多的音频格式

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桌面PC的性能日益提高，Java虚拟机的优化技术也不断获得突破，这一切使得用Java处理实时信号成为可能。本文将通过设计和构造一个支持实时MP3、WAV和Ogg音频格式解码/回放的Java音乐播放器，阐述用JavaSound API编写音频处理程序的思路和一般过程。

JavaSound是一个小巧的低层API，支持数字音频和MIDI数据的记录/回放。在JDK 1.3.0之前，JavaSound是一个标准的Java扩展API，但从Java 2的1.3.0版开始，JavaSound就被包含到JDK之中。由于Java有着跨平台（操作系统、硬件平台）的特点，基于JavaSound的音频处理程序（包括本文的程序）能够在任何实现了Java 1.3+的系统上运行，无需加装任何支持软件。

一、JavaSound的体系结构

当前JDK的JavaSound API随同Java媒体框架（JMF，Java Media Framework）一起发布，主页在/products/java-media/jmf/，适合JDK 1.1以及更高的版本。除了JDK实现的JavaSound API之外，还有一个源代码开放的JavaSound实现是Tritonus，主页在/。

图一描述了JavaSound API的体系结构，虚线表示Sun的JavaSound标准定义的API调用。上面一根虚线表示我们编写音频处理程序要调用的API，JavaSound API包含在javax.sound.sampled和javax.sound.midi包中。两根虚线之间的部分就是JavaSound API的具体实现。

图一：JavaSound体系结构

就象上面一根虚线表示的API具有统一标准一样，在所有的JavaSound实现中，图一下面一根虚线表示的SPI（服务提供者接口， Service Provider Interface）也是统一的。SPI的作用是以插件（Plug-In）的形式提供自定义的扩展模块，我们只要提供与SPI兼容的插件扩展模块，就可以在不改变API的情况下扩展音频处理程序的能力。SPI包含在java.sound.sampled.spi和javax.sound.midi.spi包中。

例如，假设有一个只能播放WAV文件的程序，我们只要增加一个支持MP3文件解码的插件模块，就可以在不改动播放程序的任何一行代码的前提下，为这个播放程序添加播放MP3的能力。

二、JavaSound混频原理

图二阐述了JavaSound的混频器原理。在处理输入音频的应用中，对于来自各种音频输入端口的信号，例如麦克风、CD播放器、磁带播放器，等等，我们可以在它们到达TargetDataLine之前，利用混频器控制输入混频，最后在程序中通过TargetDataLine获得数字化的音频输入流。

图二：JavaSound混频器

类似地，在处理输出音频的应用中，混频器用来对一系列来自SourceDataLine

的数据进行混频处理，经处理后的信号可输出到各种输出端口，例如扬声器、耳机等。SourceDataLine是一个可写入音频信号数字流的设备，例如，我们可以从一个WAV 文件读取内容写入到SourceDataLine，然后再通过扬声器输出。

输入到混频器的信号可以来源于剪辑。剪辑（Clip）是一个包含一段完整音频数

据流的设备，或者说，剪辑就是一个缓冲在内存中的完整音频数据流。在一些要求反

复播放音乐片段的场合，例如游戏的背景音乐，剪辑是很有用的。

图三描述了JavaSound API中一些常用的类、接口及其关系，所有图三显示的类、接口都通过Line这个基本接口统一起来。Line接口用来关闭/打开设备、注册事件监

听器，以及提供一些用来调整声音效果的对象，例如调整音量大小的对象。AudioSystem在JavaSound体系中起着一个工厂（Factory）类的作用，提供了一系列的静态方法，我们通过这些静态方法来获取JavaSound系统默认配置的资源（所谓静态方法，就是可以在不创建AudioSystem实例的情况下直接调用的方法）。

图三：常用的JavaSound类

顺便说明一下，在当前（JDK 1.4）实现的JavaSound的默认配置中，输入声音来自本地声卡的麦克风，输出声音到本地声卡的扬声器。应当说当前实现的JavaSound对端口和混频器的支持还不完善，但对于包括本文音乐播放器在内的许多应用来说，默认实现的JavaSound配置已经足够了。

三、音频数据与存储格式

取样得到的音频数据——也就是从TargetDataLine输入或从SourceDataLine 输出的数据，必须符合音频格式的标准。音频数据的格式选项由AudioFormat类封装，主要选项包括：编码方式，可以是PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）、MP3等；通道数量；取样率；帧速率；等等。

音频数据可以用多种格式保存到磁盘上。在JavaSound参考实现中，直接支持的文件格式包括WAV（Windows）、AIFF（主要用于Apple的Macintosh）以及AU （主要用于UNIX），音频文件的格式由AudioFileFormat类指定。

并非所有音频数据格式都可以保存到任意音频文件格式（或从音频文件回放），

具体由平台和操作系统的类型决定。为简单计，本文的播放器只考虑包含PCM Mono 或Stereo数据的WAV文件，这是当前流行的音频数据/文件格式组合，常用于CD 音质的音频数据。压缩的音频数据（例如MP3和Ogg Vorbis）通常有各自特殊的存储格式（如.MP3和.OGG），通常不以WAV/AIFF/AU格式存储。

四、设计音乐播放器

我们要编写的音乐播放器（图四）由表一所示的几个类构成。鉴于构造用户界面往往需要大量的代码，且这些代码通常可以用IDE自动生成，所以下文只对一些关键的GUI元素略作介绍，不再给出完整的代码。

图四：播放器的用户界面