Android系統(tǒng)WMA文件播放功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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摘要為增強(qiáng)Android多媒體系統(tǒng)的功能，在Android智能手機(jī)上添加WMA音頻播放功能，使Android平臺(tái)支持WMA格式，播放WMA格式文件?；贏ndroid多媒體系統(tǒng)的Stagefright框架，通過創(chuàng)建WMA的文件解析單元和解碼單元，使WMA音頻文件中的編碼數(shù)據(jù)被正確地解碼成原始數(shù)據(jù)并輸出。通過在Android平臺(tái)測(cè)試機(jī)上反復(fù)播放WMA音頻文件，播放聲音清晰、音質(zhì)良好。

WMA可用于多種格式的編碼文件中。微軟公司在WMA9中大幅改進(jìn)了其引擎，實(shí)際上幾乎可以在同文件同音質(zhì)下比MP3體積約小1/3,因此適合用于網(wǎng)絡(luò)串流媒體及行動(dòng)裝置。許多播放器軟件也紛紛開發(fā)出支持WMA格式的插件程序來，但Android手機(jī)尚未支持該格式，故在Android手機(jī)中添加WMA音頻解碼格式具有一定意義。

1Android平臺(tái)及其多媒體框架結(jié)構(gòu)

1.1Android系統(tǒng)

Android是Google與OHA（OpenHandsetAlliance）推出的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。Android基于Linux平臺(tái)，由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成。Android平臺(tái)自底向上由4個(gè)層次組成：

Linux內(nèi)核層、運(yùn)行時(shí)庫(kù)和其他庫(kù)層、應(yīng)用框架層、應(yīng)用程序?qū)印?/p>

（1）LinuxKernel.Android底層是一個(gè)基于Linux2.6內(nèi)核來開發(fā)的獨(dú)立操作系統(tǒng)，該層主要用于提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，包括安全機(jī)制、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧和驅(qū)動(dòng)等。

（2）Libraries和AndroidRuntime.這一層主要與進(jìn)程運(yùn)行相關(guān)，包含了一套C/C++函數(shù)庫(kù)，主要包括Libc、Media、Framework、WebKit、SGL、OpenGLES、FreeType、SQLite等。庫(kù)提供了Java編程庫(kù)的大多數(shù)功能，這些功能通過Android應(yīng)用框架展現(xiàn)給開發(fā)人員，另外每一個(gè)Android程序都有獨(dú)立的Dalvik虛擬機(jī)為它提供運(yùn)行環(huán)境。

（3）ApplicationFramework.該層是Android平臺(tái)專為應(yīng)用程序開發(fā)而設(shè)計(jì)的。開發(fā)者通過使用應(yīng)用程序調(diào)用Android框架提供的API,這個(gè)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成方便復(fù)用的組件，該層由一系列的服務(wù)和系統(tǒng)構(gòu)成。

（4）Applications.Android本身附帶一些的應(yīng)用程序包，例如Email客戶端、瀏覽器、日歷、Google地圖、SMS短消息程序等。

1.2媒體播放器結(jié)構(gòu)及多媒體實(shí)現(xiàn)的

Android多媒體系統(tǒng)縱向跨越了Android系統(tǒng)的所有4個(gè)層次：Java應(yīng)用程序?qū)?、Java框架層、本地代碼層、Linux驅(qū)動(dòng)層。多媒體本地代碼層是多媒體系統(tǒng)的重點(diǎn)。Libmedia庫(kù)提供多媒體部分的本地框架，Libstagefright提供多媒體功能的實(shí)現(xiàn)。

圖1Android媒體播放器的模塊結(jié)構(gòu)

上層的應(yīng)用程序?qū)⒚襟w的URI作為輸入設(shè)置到媒體播放器中，再經(jīng)過應(yīng)用框架、JNI和本地框架，一直到設(shè)置到StagefrightPlayer中。在這個(gè)過程中沒有數(shù)據(jù)流的傳遞，只是傳遞了URI路徑。經(jīng)Stagefright-Player中的解析單元進(jìn)行解析后，讀取音頻流，經(jīng)過解碼器的處理轉(zhuǎn)換成原始數(shù)據(jù)。音頻原始數(shù)據(jù)將被送到音頻輸出環(huán)節(jié)中。

Stagefright是Android多媒體本地實(shí)現(xiàn)的。

Stagefright中包括的內(nèi)容很多，單從播放的角度來看StagefrightPlayer輸入的是文件或網(wǎng)絡(luò)媒體流，輸出的是音視頻輸出設(shè)備，基本功能包括了媒體流控制、文件解析、音視頻文件解碼等方面。所以，要實(shí)現(xiàn)Android多媒體對(duì)WMA音頻格式媒體文件或流媒體的播放，就需要擴(kuò)展Stagefright中的文件解析和音頻解碼等方面，添加WMA格式的文件解析單元和WMA音頻文件解碼單元。

2多媒體系統(tǒng)增加WMA音頻格式的設(shè)計(jì)

從多媒體系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的角度來看，WMA音頻格式播放主要經(jīng)過WMA格式文件解析、WMA編碼流解碼、PCM輸出播放3個(gè)階段。WMA音頻播放器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2WMA音頻播放器的結(jié)構(gòu)

基于Android多媒體系統(tǒng)音頻播放流程，在WMA音頻格式開發(fā)過程中主要有4項(xiàng)工作：

（1）WMA文件的識(shí)別；

（2）WMA文件的解析；

（3）編碼數(shù)據(jù)的讀?。?/p>

（4）編碼數(shù)據(jù)的解碼和輸出。

2.1WMA格式音頻播放功能流程設(shè)計(jì)

通過調(diào)用AwesomePlayer的setDataSource函數(shù)來設(shè)置數(shù)據(jù)源；AwesomePlayer通過調(diào)用MediaExtractor的Create函數(shù)來識(shí)別該文件的格式，MediaPlayer判斷該文件為WMA格式后，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)WMAExtractor,在創(chuàng)建WMAExtractor的同時(shí)，WMAExtractor會(huì)解析文件頭，獲取文件中的相關(guān)信息。然后調(diào)用WMAExtractor的getTrack函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)WMASource;AwesomePlayer通過OMXCodec創(chuàng)建一個(gè)WMADecoder;AwesomePlayer接著創(chuàng)建一個(gè)AudioPlayer,并把WMADecoder做為數(shù)據(jù)源傳給AudioPlayer,并調(diào)用AudioPlayer的start函數(shù)；AudioPlayer獲取WMADecoder中的相關(guān)參數(shù)：文件類型、采樣率、聲道數(shù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)開啟AudioSink,并把AudioSinkCallback做為回調(diào)函數(shù)傳給AudioSink.AudioPlayer先調(diào)用WMADecoder解幀數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)傳給AudioSink去播放，當(dāng)播放完成后AudioSink會(huì)調(diào)用回調(diào)函數(shù)AudioSinkCallback再取解碼后的數(shù)據(jù)，AudioSinkCallback又會(huì)調(diào)用FillBuffer函數(shù)獲取解碼后的原始數(shù)據(jù)，解碼后數(shù)據(jù)如果被取完后，AudioPlayer又會(huì)調(diào)用WMADecoder解下一幀數(shù)據(jù)給AudioSink,來回反復(fù)，直到文件中數(shù)全部被播放，播放流程如圖3所示。在拉動(dòng)滾動(dòng)條時(shí)，上層會(huì)傳來SeekTime,經(jīng)AudioPlayer傳給WMADecoder再傳給WMAExtractor,WMAExtractor根據(jù)上層傳來的SeekTime判斷出要播放的原始數(shù)據(jù)的起始位置，然后從該位置讀取一個(gè)數(shù)據(jù)包傳給WMADecoder解碼。

圖3音頻播放流程圖

在整個(gè)WMA格式解碼播放過程中，主要設(shè)計(jì)有兩個(gè)模塊：WMAExtractor和WMADecoder.WMAExtractor主要執(zhí)行WMA格式文件解析和數(shù)據(jù)讀取功能。

WMADecoder主要執(zhí)行解碼功能；WMA格式音頻播放功能實(shí)現(xiàn)。

（1）WMA文件的識(shí)別。

在判斷播放文件格式前，AwesomePlayer會(huì)提前把所支持的格式通過DataSource中的RegisterDefault-Sniffers函數(shù)注冊(cè)進(jìn)來。判斷播放文件格式時(shí)，會(huì)逐一按次序把該文件和所支持的格式進(jìn)行匹配，匹配的格式就是該文件的格式，所以在Datasource中的RegisterDefaultSniffers函數(shù)中應(yīng)添加如下代碼：

voidDataSource::RegisterDefaultSniffers（）{

……

RegisterSniffer（SniffWMA）;

}

WMA文件開始有一個(gè)16Byte的標(biāo)識(shí)，表示是WMA:3026B2758E66CF11A6D900AA62CE6C.如果音頻文件的前16個(gè)字符和這16Byte相符，那么就可以判斷該文件為WMA文件。WMAExtractor中的SniffWMA函數(shù)就是通過讀取文件前16Byte來判斷該文件是不是WMA文件。在SniffWMA函數(shù)中，如果判斷前16Byte和WMA的16個(gè)標(biāo)識(shí)字節(jié)相等，就會(huì)把MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA給mime-Type指針，標(biāo)志著該音頻文件類型為WMA格式。

MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA是在MediaDefs.h文件中定義，在MediaDefs.cpp文件中賦值：

Externconstchar*MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA;//在MediaDefs.h頭文件中

constchar*MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA="audio/wma";//MediaDefs.cpp頭文件

（2）WMA文件的解析。

WMAExtractor從WMA文件的第31Byte開始取16Byte,然后依次和file_header、stream_header、data_header、comment_header、extended_content_header對(duì)比，如果和file_header相等，則從下個(gè)Byte開始依次獲取文件大小、創(chuàng)建時(shí)間、數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)、…數(shù)據(jù)包大小。然后再?gòu)南聜€(gè)Byte開始讀取16Byte再進(jìn)行對(duì)比，如果和extended_content_header相等，則可以從下個(gè)Byte中依次獲取名稱、藝術(shù)家、版權(quán)、注釋等非音頻信息。然后再接著讀取16Byte進(jìn)行比對(duì)，直到和data_header相等。data_header后就是音頻文件解碼數(shù)據(jù)，data_header的結(jié)束位置就是個(gè)數(shù)據(jù)包在文件中的偏移量。WMAExtractor會(huì)創(chuàng)建一個(gè)MetaData,并把文件頭中獲取的sample_rate、Byte_rate、channels、duration都存入MetaData中。在WMAExtractor的getMeta-Data函數(shù)中，把之前獲取的非音頻信息放入MetaData中，返回該MetaData.在WMAExtractor的getTrack函數(shù)中，創(chuàng)建一個(gè)WMASource,并把WMA數(shù)據(jù)和MetaData傳給WMASource.

（3）編碼數(shù)據(jù)的讀取。

獲取未解碼數(shù)據(jù)是通過WMASource的read函數(shù)讀取的。WMA數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)包為單位的，同文件中的數(shù)據(jù)包大小相同。每個(gè)數(shù)據(jù)包中有多幀數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)包的起始位置減去個(gè)數(shù)據(jù)包的起始位置再除以包的大小等于一個(gè)整數(shù)，這個(gè)整數(shù)就是該數(shù)據(jù)包之前數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)。每個(gè)數(shù)據(jù)包的個(gè)Byte一般都等于0x82.第二個(gè)Byte以后是該數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息。

根據(jù)包的相關(guān)數(shù)據(jù)就可以獲取該包中的未解碼數(shù)據(jù)。

WMASource的read讀取未解碼數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)判斷從WMADecoder傳來的options是否為空，如果不為空，并可以從options中獲取一個(gè)播放時(shí)間seek-TimeUs,就通過seekTimeUs、總播放時(shí)間和總數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)算出要播放數(shù)據(jù)包的起始位置，然后從該起始位置獲取一個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，并從該數(shù)據(jù)包中獲取有效數(shù)據(jù)的大小、起始位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)，把該有效數(shù)據(jù)和時(shí)間放在WMADecoder傳來的Buffer里。

WMASource的Read被調(diào)用時(shí)，如果傳來的Options為空或是不能從Options中獲取時(shí)間seek-TimeUs,就會(huì)從WMA文件中讀取一個(gè)數(shù)據(jù)包，根據(jù)其中的有效數(shù)據(jù)的大小、起始位置獲取有效數(shù)據(jù)，并獲取該數(shù)據(jù)包中的時(shí)間，然后把該有效數(shù)據(jù)和時(shí)間放在WMADecoder傳來的buffer里。個(gè)數(shù)據(jù)包的起始位置就是解析頭文件時(shí)獲取的個(gè)數(shù)據(jù)包的偏移量，所以次調(diào)用WMASource的read時(shí)，就是從這個(gè)偏移量的下個(gè)位置讀取個(gè)數(shù)據(jù)包的。在WMASource中有一個(gè)專門記錄讀取位置的指針。每次讀取1個(gè)數(shù)據(jù)包后，該指針就會(huì)指向數(shù)據(jù)包末尾的下一個(gè)位置，當(dāng)下WMASource的read讀取未解碼數(shù)據(jù)時(shí)，如果不是音樂定點(diǎn)播放，就會(huì)從該指針?biāo)傅奈恢瞄_始讀取數(shù)據(jù)包。

（4）編碼數(shù)據(jù)的解碼和輸出。

AwesomePlayer通過OMXCodec中的Create函數(shù)創(chuàng)建WMADecoder,所以在OMXCodec中注冊(cè)WMADecoder的相關(guān)信息：

FACTORY_CREATE（WMADecoder）

…

staticsp<MediaSource>InstantiateSoftwareCodec（constchar*name,constsp<MediaSource>&source）{

…

staticconstFactoryInfokFactoryInfo[]={

…

FACTORY_REF（WMADecoder）}};

…

staticconstCodecInfokDecoderInfo[]={

…

{MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA,"WMADecoder"}

};

在創(chuàng)建WMADecoder時(shí)，把之前創(chuàng)建的WMASource傳給WMADecoder.在WMADecoder構(gòu)造函數(shù)中，WMADecoder從WMASource中獲取Metadata,并從Metadata獲取sampleRate、numChannels、duration等。在WMADecoder的start函數(shù)中，通過調(diào)用avcodec_open函數(shù)，來分配解碼所需的空間、創(chuàng)建并初始化解碼所需的相關(guān)參數(shù)。在WMADecoder析構(gòu)函數(shù)中會(huì)調(diào)用WMADecoder的Stop函數(shù)。在Stop函數(shù)中會(huì)釋放所有相關(guān)空間。

WMA音頻解碼主要是在WMADecoder的read函數(shù)中完成的：首先，先會(huì)判斷是否是音樂定點(diǎn)播放，如果不是，WMADecoder會(huì)調(diào)用WMAExtractor的read函數(shù)讀取一個(gè)未解碼的數(shù)據(jù)包；然后，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，將解碼后的音頻數(shù)據(jù)存放在MediaBuffer的Data（）中，再設(shè)置MediaBuffer的mRangeOffset和mRangeLength,在讀取數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)從包中獲取該數(shù)據(jù)包中的時(shí)間戳，把該時(shí)間戳存放在MediaBuffer的Meta_data（）中的kKeyTime里；，WMAdecoder把該MediaBuffer傳回給AudioPlayer.如果是音樂定點(diǎn)播放，首先，WMADecoder會(huì)從AudioPlayer傳過來的ReadOption中獲取播放時(shí)間（option->getSeekTo