一種嵌入式PPC下音頻播放的方法

1、    一種嵌入式PPC下音頻播放的方法        朱世交1，廖明軍2 時(shí)間:2008年05月06日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>應(yīng)用程序<"cblue" " target='

2、_blank'>存儲(chǔ)卡<"cblue" " target='_blank'>多媒體應(yīng)用<"cblue" " target='_blank'>加載<"cblue" " target='_blank'>嵌入式系統(tǒng)            摘要： 通過(guò)對(duì)嵌入式Pocket PC環(huán)境下音頻播放的研究，

3、提出了基于FMOD音頻播放的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)原理，以此說(shuō)明Pocket PC下<"cblue" " title="多媒體應(yīng)用">多媒體應(yīng)用的開(kāi)發(fā)方法。關(guān)鍵詞： Pocket PC 多媒體 FMOD隨著嵌入式應(yīng)用的迅速發(fā)展，很多傳統(tǒng)的基于臺(tái)式機(jī)的應(yīng)用迅速轉(zhuǎn)向嵌入式應(yīng)用平臺(tái)。WinCE為微軟開(kāi)發(fā)的<"cblue" " title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)，其廣泛應(yīng)用于Pocket PC(PPC)嵌入式應(yīng)用平臺(tái)。在嵌入式平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)多媒體應(yīng)用是當(dāng)前應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。使用嵌入式技術(shù)與音頻

4、播放相結(jié)合的研究已經(jīng)很多，如嵌入式音頻點(diǎn)播、MP3播放系統(tǒng)等，但它們多是使用特定的硬件解碼器完成音頻解碼，對(duì)于嵌入式PPC下如何實(shí)現(xiàn)軟實(shí)時(shí)音頻解碼缺乏系統(tǒng)性研究。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)FMOD可以實(shí)現(xiàn)完整的音頻播放功能。由于PPC上沒(méi)有DirectSound的設(shè)計(jì)，因此只能用CPU來(lái)模擬。本文使用EVC作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)方法亦適合其他平臺(tái)。此方法也可以在游戲和<"cblue" " title="應(yīng)用程序">應(yīng)用程序中使用，為PPC上的音頻播放提供解決思路。1 音頻技術(shù)介紹1.1 PPC上音頻播放的現(xiàn)狀PPC上通常使用WAV聲音文件進(jìn)行音頻播放

5、。若使用微軟的Media接口進(jìn)行音頻播放，一方面播放效率比較低，滿足不了實(shí)時(shí)應(yīng)用對(duì)時(shí)間效率的要求，例如游戲、多媒體、播放器等應(yīng)用；另一方面，播放文件格式單一，WAV文件相對(duì)于mp3等壓縮音頻文件所占存儲(chǔ)空間較多，對(duì)以<"cblue" " title="存儲(chǔ)卡">存儲(chǔ)卡為存儲(chǔ)介質(zhì)的PPC來(lái)說(shuō)，顯然不合適。對(duì)于音頻引擎中API編程的應(yīng)用，可選擇Windows Multimedia、DirectSound、OpenAL、Aureal A3D，其中以DirectSound較為著名。但是這些技術(shù)不適合在資源緊張的PPC上使用。另外，還有一些沒(méi)

6、有真正硬件支持的應(yīng)用程序接口，它們以API組件包的形式提供給應(yīng)用程序使用，例如：Miles Sound System、RenderWare Audio、GameCoda、FMOD、Galaxy、BASS、SEAL。其中FMOD是最新引入的技術(shù)，具有廣泛的功能選擇和對(duì)API技術(shù)的完美支持。1.2 PPC上FMOD簡(jiǎn)介FMOD是一個(gè)非常容易使用的跨平臺(tái)聲音引擎，支持三維環(huán)繞聲、MIDI、MOD、MP3、OGG、WMA、AIFF、CD，可以在Windows、Windows CE、Linux、Macintosh、GAMECUBE、PLAYSTATION 2和XBOX上使用，支持C/C+、VB、DELP

7、HI。同時(shí)通過(guò)分析其接口可知，它還為PPC平臺(tái)定制了一個(gè)mini版本，用以在PPC上進(jìn)行音頻播放，并且在非商業(yè)程序的情況下是免費(fèi)的，這為研究提供了便利條件。2 音頻播放器實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)2.1 形式化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，軟件體系結(jié)構(gòu)的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。從研究現(xiàn)狀來(lái)看，當(dāng)前的研究和對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的描述，在很大程度上還停留在非形式化的層次上。從FDT5(Formal Description Technique)在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)特征來(lái)看，SDL(Specification and De-scription Language)與UML(Unified Modeling Langu

8、age)是比較容易結(jié)合使用的。PPC上音頻播放借助于FMOD的音頻解碼，本文嘗試使用形式化描述的方法設(shè)計(jì)音頻播放流程。PPC上音頻播放的功能EBNF6范式描述如下：player：=player_files，player_status，player_decoder，frame_viewsplayer_files：=*.MOD|*.S3M|*.XM|*.IT|*.MID|*.RMI|*.SGT|*.FSBplayer_status：=sequence(play，pause，stop)；player_decoder：=FMOD modulesframe_views：=Player informati

9、on音頻播放的系統(tǒng)協(xié)作圖如圖1所示。(1)PPC上的控制邏輯：用以對(duì)音頻文件的播放、停止、文件裝載、顯示等的控制。(2)FMOD引擎：具體音頻數(shù)據(jù)解碼、軟實(shí)時(shí)播放，同時(shí)與PPC的播放控制和音頻文件管理相關(guān)聯(lián)。(3)PPC音頻文件管理：管理要播放的音頻文件，播放音頻列表等。對(duì)PPC上文件管理不方便的功能進(jìn)行擴(kuò)充。2.2 PPC上音頻文件選擇的方法可使用GetOpenFileName方法對(duì)PPC上音頻文件進(jìn)行選擇，但選擇的文件位置被系統(tǒng)固定在My Document的Personal目錄之下，使文件可選擇范圍縮小并存在很多限制，例如，在這種情況下文件不能存放在存儲(chǔ)卡上。在PPC系統(tǒng)不以盤(pán)符存放文件，

10、只根據(jù)系統(tǒng)的根目錄，即“”。為此需要通過(guò)以下文件選擇實(shí)現(xiàn)對(duì)PPC上文件目錄的訪問(wèn)：(1)文件目錄選擇：在此功能下可以對(duì)文件目錄進(jìn)行瀏覽訪問(wèn)；(2)文件目錄中的文件選擇：包括文件名稱、大小、創(chuàng)建日期等內(nèi)容；(3)文件過(guò)濾功能：包括對(duì)特定后綴音頻文件的選擇。在PPC的模擬器上進(jìn)行文件選擇時(shí)，由于PPC的文件系統(tǒng)是以雙字節(jié)UNICODE形式編碼，所以要使用WideCharToMultiByte把文件名稱轉(zhuǎn)換為多字節(jié)流信息，否則無(wú)法打開(kāi)具體的音頻文件。對(duì)于目錄下的文件目錄和文件名稱，可通過(guò)以下遍歷搜索方法獲得：hFind=FindFirstFile(strSearch，&fd)；bFind=(

11、hFind !=INVALID_HANDLE_VALUE)；while(bFind)if(!(fd.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY) &&!(fd.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN)strFile=pszPath；strFile +=fd.cFileName；/處理文件名方法m_cont.push_back(fd)；/保存到隊(duì)列中bFind=FindNextFile(hFind，&fd)；通過(guò)使用FindFirstFile和FindNextFile可以

12、獲得PPC下文件系統(tǒng)相關(guān)信息的列表，同時(shí)為了對(duì)文件類(lèi)型進(jìn)行較好的表示，系統(tǒng)通過(guò)SHGetFileInfo方法獲得在系統(tǒng)中注冊(cè)的圖標(biāo)信息。PPC下自制音頻文件瀏覽器如圖2所示。2.3 音頻文件播放時(shí)波形顯示對(duì)于播放的音頻文件信息，通常使用波形表示聲音的時(shí)頻變化，通過(guò)在FMOD引擎中創(chuàng)建DSP效果單元和相關(guān)數(shù)據(jù)緩沖單元得到音頻的FFT(快速傅式變換)變換數(shù)據(jù)。使用FSOUND_DSP_GetSpectrum方法獲得512個(gè)頻譜幅度的浮點(diǎn)數(shù)值信息，然后把頻譜數(shù)據(jù)繪制成波形譜。將FFT頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到界面顯示的算法描述如下：(1)假設(shè)對(duì)于頻譜數(shù)據(jù)要顯示區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度分別為height、width；(2

13、)將頻譜數(shù)值f(i)，i1.512歸一化后映射到顯示區(qū)域：(3)頻譜線顯示著色映射方法。事實(shí)上對(duì)于頻譜的振幅，期望其高振幅與低振幅有明顯的對(duì)比度，同時(shí)還要在振幅的變化過(guò)程中體現(xiàn)出著色變化的聯(lián)系性。據(jù)此，采用彩色空間RGB系統(tǒng)?？晒潭ㄆ渲械腂(blue)分量，把R、G分量進(jìn)行線性劃分，即R=255-G，把歸一化的heightf(i)映射到0255范圍f(i)，令R=f(i)，則彩色空間G分量：G=255f(i)。因此，可以通過(guò)連續(xù)變化的RGB彩色空間分量表示頻率分量的振幅信息。(4)通過(guò)上述方法，把頻譜信息映射到圖像中，映射處理完畢。聲音播放的頻譜波形顯示如圖3(a)所示，通過(guò)這種直觀方式可以更

14、加清楚地了解音頻的頻譜特征。同理可以獲得頻譜振蕩情況的振蕩曲線圖如圖3(b)所示。2.4 音頻文件播放時(shí)控制對(duì)于FMOD音頻引擎庫(kù)，F(xiàn)MOD SDK函數(shù)處理方式如下：FSOUND_Sample_Load(int index，const char *name_or_data，unsigned int inputmode，int offset，int length)；或者：FSOUND_PlaySound(int channel，F(xiàn)SOUND_SAMPLE*sptr)其中index和channel為音頻數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，通過(guò)控制音頻數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)聲音的播放。音頻播放文件類(lèi)型可分為FMUSIC_MODULE和F

15、SOUND_STREAM類(lèi)型。其中FMUSIC_MODULE是對(duì)MOD、S3M、XM、IT、MID、RMI、SGT、FSB等后綴播放文件的處理描述，而FSOUND_STREAM是對(duì)audio file、url網(wǎng)上流媒體文件、 cd文件的描述。為了對(duì)音頻播放模塊進(jìn)行控制并在文件播放時(shí)進(jìn)行管理，定義管理結(jié)構(gòu)如下：typedef structFMUSIC_MODULE *mod；/音頻標(biāo)示FSOUND_STREAM *stream；/流數(shù)據(jù)音頻標(biāo)示int channel； SONGTYPE；音頻文件<"cblue" " title="加載"&g

16、t;加載及播放形式如下：WideCharToMultiByte(CP_ACP，0，strFullPath，-1，s，256，NULL，NULL)；/轉(zhuǎn)換FMUSIC_MODULEmod=FMUSIC_LoadSong(s)；/加載音頻文件FMUSIC_PlaySong(mod)；/播放音頻數(shù)據(jù)播放過(guò)程中暫停的方法：FMUSIC_SetPaused(mod，!FMUSIC_GetPaused(mod)；停止播放的方法：FMUSIC_FreeSong(mod)；3 音頻播放及其性能分析通過(guò)以上分析和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，得到如圖4所示的音頻播放界面，包括打開(kāi)文件、播放停止、信息顯示等功能。為了測(cè)試在PPC上使用FMOD進(jìn)行軟播放音頻的性能，隨機(jī)從網(wǎng)上獲取一些不同格式的音頻文件進(jìn)行測(cè)試：以100ms為周期對(duì)CPU使用率進(jìn)行采樣，然后把整個(gè)時(shí)間內(nèi)的CPU使用率平均，可由以下公式計(jì)算得到：其中：xi表示各個(gè)時(shí)刻的CPU使用百分比。表1描述了PPC模擬器上的測(cè)試結(jié)果，其中宿主機(jī)為賽揚(yáng)1.2，內(nèi)存392MB。從實(shí)際的CPU使用消耗來(lái)看，效果非常好。對(duì)于時(shí)間反應(yīng)要求較高的應(yīng)用(例如游戲、仿真等)，音頻播放也是完全可以勝任的。本文討論了在嵌入式PPC上進(jìn)行音頻播放的方法，并對(duì)開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題提出了解決方案。作為PPC上的音頻開(kāi)發(fā)研究，可以應(yīng)用到其他PPC應(yīng)用中，為PPC上多媒體