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用Java实现音频播放

桌面PC的机能日益前进,Java虚拟机的优化技巧也赓续得到冲破,这统统使得用Java处置惩罚实时旌旗灯号成为可能。本文将经由过程设计和构造一个支持实时MP3、WAV和Ogg音频款式解码/回放的Java音乐播放器,阐述用JavaSound API编写音频处置惩罚法度榜样的思路和一样平常历程。

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就被包孕到JDK之中。因为Java有着跨平台(操作系统、硬件平台)的特征,基于JavaSound的音频处置惩罚法度榜样(包括本文的法度榜样)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的体系布局

当前JDK的JavaSound API伴同Java媒体框架(JMF,Java Media Framework)一路宣布,主页在java.sun.com/products/java-media/jmf/,得当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http://www.tritonus.org/。

图一描述了JavaSound API的体系布局,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置惩罚法度榜样要调用的API,JavaSound API包孕在javax.sound.sampled和javax.sound.midi包中。两根虚线之间的部分便是JavaSound API的详细实现。

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图一:JavaSound体系布局

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(办事供给者接口, Service Provider Interface)也是统一的。SPI的感化因此插件(Plug-In)的形式供给自定义的扩展模块,我们只要供给与SPI兼容的插件扩展模块,就可以在不改变API的环境下扩展音频处置惩罚法度榜样的能力。SPI包孕在java.sound.sampled.spi和javax.sound.midi.spi包中。

例如,假设有一个只能播放WAV文件的法度榜样,我们只要增添一个支持MP3文件解码的插件模块,就可以在不篡改播放法度榜样的任何一行代码的条件下,为这个播放法度榜样添加播放MP3的能力。

二、JavaSound混频道理

图二阐述了JavaSound的混频器道理。在处置惩罚输入音频的利用中,对付来自各类音频输入端口的旌旗灯号,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,使用混频器节制输入混频,着末在法度榜样中经由过程TargetDataLine得到数字化的音频输入流。

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图二:JavaSound混频器

类似地,在处置惩罚输出音频的利用中,混频器用来对一系列来自SourceDataLine的数据进行混频处置惩罚,经处置惩罚后的旌旗灯号可输出到各类输出端口,例如扬声器、耳机等。SourceDataLine是一个可写入音频旌旗灯号数字流的设备,例如,我们可以从一个WAV文件读取内容写入到SourceDataLine,然后再经由过程扬声器输出。

输入到混频器的旌旗灯号可以滥觞于剪辑。剪辑(Clip)是一个包孕一段完备音频数据流的设备,或者说,剪辑便是一个缓冲在内存中的完备音频数据流。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、接口都经由过程Line这个基础接口统一路来。Line接口用来关闭/打开设备、注册事故 监听 器,以及供给一些用来调剂声音效果的工具,例如调剂音量大年夜小的工具。AudioSystem在JavaSound体系中起着一个工厂(Factory)类的感化,供给了一系列的静态措施,我们经由过程这些静态措施来获取JavaSound系统默认设置设置设备摆设摆设的资本(所谓静态措施,便是可以在不创建AudioSystem实例的环境下直接调用的措施)。

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图三:常用的JavaSound类

顺便阐明一下,在当前(JDK 1.4)实现的JavaSound的默认设置设置设备摆设摆设中,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。该当说当前实现的JavaSound对端口和混频器的支持还不完善,但对付包括本文音乐播放器在内的许多利用来说,默认实现的JavaSound设置设置设备摆设摆设已经足够了。

三、音频数据与存储款式

取样获得的音频数据??也便是从TargetDataLine输入或从SourceDataLine输出的数据,必须相符音频款式的标准。音频数据的款式选项由AudioFormat类封装,主要选项包括:编码要领,可所以PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)、MP3等;通道数量;取样率;帧速度;等等。

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

并非所有音频数据款式都可以保存到随意率性音频文件款式(或从音频文件回放),详细由平台和操作系统的类型抉择。为简单计,本文的播放器只斟酌包孕PCM Mono或Stereo数据的WAV文件,这是当前盛行的音频数据/文件款式组合,常用于CD音质的音频数据。压缩的音频数据(例如MP3和Ogg Vorbis)平日有各自特殊的存储款式(如.MP3和.OGG),平日不以WAV/AIFF/AU款式存储。

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。鉴于构造用户界面每每必要大年夜量的代码,且这些代码平日可以用IDE自动天生,以是下文只对一些关键的GUI元素略作先容,不再给出完备的代码。

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图四:播放器的用户界面

播放器的用户界面主要由一个带菜单的JFrame框架、一个名称为filenamesList的JList和几个JButton构成。框架有一个私有的TestBase成员,着实例在GUIInit()措施的末端经由过程pBase = new TestBase()语句初始化。

表一

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用户界面中的按钮用类似下面的代码创建,此中addBttnIconText()是一个私有措施,它把一个图标放到按钮的翰墨标签之上。Java法度榜样的用户界面和Windows界面风格迥异,建议读者应用Java开拓对象自带的图标,或者从Java图标库下载(例如http://developer.java.sun.com/developer/techDocs/hi/repository/)。

JButton playBttn = new JButton();

...

addBttnIconText(playBttn, "播放", "Play24.gif");

playBttn.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

playClick(e);

}

});

当用户点击一个按钮,与该按钮对应的xxxClick()事故句柄函数开始履行。播放器共有5个按钮,响应的事故句柄也有5个:playClick(“播放”按钮),stopClick(“竣事”按钮),pauseClick(“停息”按钮),prevClick(“退却撤退”按钮),nextClick(“提高”按钮)。

例如,点击“播放”按钮时,playClick()句柄首先得到JList中选中的文件,然后调用TestBase实例中的playFile()帮助措施播放文件。playClick()句柄的代码如下所示,留意它把音乐文件及其所在目录连接起来的措施是操作系统中立的。

void playClick(ActionEvent e) {

String fileToPlay = (String) filenamesList.getSelectedValue();

if (fileToPlay != null) {

pBase.playFile(searchDir +

System.getProperty("file.separator") + fileToPlay);

}

}

stopClick()和pauseClick()措施分手调用TestBase中的stop()和pause()措施。prevClick()和nextClick()句柄的义务轻细繁杂一点。首先,它们要调用TestBase中的stop()措施中止当前的播放动作,然后选中JList中当前项目的前一项或后一项,着末调用playClick()播放新选中的音乐文件,如下所示。

void prevClick(ActionEvent e) {

pBase.stop();

filenamesList.setSelectedIndex( filenamesList.getSelectedIndex() - 1);

playClick(e);

}

void nextClick(ActionEvent e) {

pBase.stop();

filenamesList.setSelectedIndex((filenamesList.getSelectedIndex()+1)

% curPlayListLength);

playClick(e);

}

五、播放音乐

TestBase类包孕主要的播放逻辑。例如,当用户点击“播放”按钮,TestBase类中的play()措施开始履行。

public void play() {

if ((!stopped) || (paused)) return;

if (playerThread == null) {

playerThread = new Thread(this);

playerThread.start();

try { Thread.sleep(500);

} catch (Exception ex) {}

}

synchronized(synch) {

stopped = false;

synch.notifyAll();

}

}

play()措施首先确认播放器当前已被终止播放,而不是停息播放。然后它反省这是不是第一次调用play():假如是,则创建一个playerThread线程。我们用一个自力的线程认真音乐播放,这样,无论播放器正在读取文件、解码,照样正在把音频数据输出到扬声器,用户界面老是可操作的。

启动线程之后,play()措施锁定静态synch同步工具,将stopped标记设置为false,然后看护正在等待的线程(playerThread线程在开始播放音乐文件之前,会等待静态synch工具上的提醒看护)。

playerThread线程启动后,它的run()措施开始运行。这个线程不停履行while轮回,直到threadExit标记变成true为止。在while轮回中,线程首先等待“开始播放”的旌旗灯号(当用户点击“播放”按钮时),然后播放音乐。表二列出了描述播放器状态的各个标记及其含义。

public void run() {

while (! threadExit) {

waitforSignal();

if (! stopped)

playMusic();

}

}

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playMusic()措施使用JavaSound API播放当前选中的文件。首先要经由过程AudioSystem类得到一个AudioInputStream。然后,使用AudioInputStream的getFormat()获知音频数据的款式。在此根基上,我们试图经由过程getLine()措施得到一个支持该种款式的SourceDataLine。假如要播放的是WAV文件,现在我们已经有了非压缩的PCM款式的音频数据,可以用line工具开始播放音频。

ais= AudioSystem.getAudioInputStream(new File(fileToPlay));

if (ais != null) {

baseFormat = ais.getFormat();

line = getLine(baseFormat);

...

}

假如音频数据是压缩款式的,如MP3或Ogg,必须先辈行一次转换??把MP3/Ogg解码成PCM。解码主要包括三个步骤:

1、创建一个解压缩结果的定制AudioFormat(PCM编码),但保留和原压缩流一样的取样率、通道信息等。

2、创建一个AudioInputStream把原本的AudioInputStream转换成新的AudioFormat款式。

3、得到一个处置惩罚解码后款式的SourceDataLine。

如下所示:

AudioFormat decodedFormat = new AudioFormat(

AudioFormat.Encoding.PCM_SIGNED,

baseFormat.getSampleRate(),

16,

baseFormat.getChannels(),

baseFormat.getChannels() * 2,

baseFormat.getSampleRate(),

false);

ais = AudioSystem.getAudioInputStream(decodedFormat, ais);

line = getLine(decodedFormat);

getLine()措施的返回值是一个与参数中指定的AudioFormat兼容的SourceDataLine。假如不能得到兼容的SourceDataLine,getLine()返回null。在getLine()措施中,我们起开创建和添补一个DataLine.Info布局,调用AudioSystem.getLine()措施,将info布局通报给AudioSystem类工厂。

private SourceDataLine getLine(AudioFormat audioFormat) {

SourceDataLine res = null;

DataLine.Info info = new DataLine.Info(SourceDataLine.class,

audioFormat);

try {

res = (SourceDataLine) AudioSystem.getLine(info);

res.open(audioFormat);

}

catch (Exception e) {

}

return res;

}

筹备好AudioInputStream和SourceDataLine之后,playMusic()残剩的义务已经很简单:用一个轮回从AudioInputStream读取数据,然后写入到SourceDataLine。

int inBytes = 0;

while ((inBytes != -1) && (!stopped) && (!threadExit)) {

try {

inBytes = ais.read(audioData, 0, BUFFER_SIZE);

}

catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

if (inBytes 〉= 0) {

int outBytes = line.write(audioData, 0, inBytes);

}

if (paused) waitforSignal();

}

六、支持更多的音频款式

假设已经在test目录下筹备好了所有的.java文件,履行javac *.java即可顺利编译,履行java test.TestPlayer就可以启动图一的播放器。但现在播放器只能播放有限的文件,由于JDK实现的JavaSound只支持WAV、AIFF和AU。然则,我们可以用JavaSound SPI为播放器增添对MP3和Ogg Vorbis的支持,只要下载和安装响应的插件Jar文件即可。

Java版的Vorbis解码器可以从JavaCraft(http://www.jcraft.com/jorbis/)下载,最新版本是0.0.12。别的还要有一个JOrbis解码器的SPI封装器,这是使解码器在JavaSound下透明地运行所必需的,可以从http://www.javazoom.net/vorbisspi/vorbisspi.html下载。VorbisSPI的最新版本是0.7。

对付MP3支持,JavaZoom也供给了一个兼容JavaSound的纯Java解码器,称为JavaLayer(http://www.javazoom.net/javalayer/javalayer.html),最新的版本是0.2.0。留意要下载的是JavaLayer的J2SE版,不要下载J2ME版。

解开下载获得的文件,把所有Jar文件放到播放器所在目录。用下面的敕令启动播放器:java -classpath .;.jogg-0.0.5.jar;.jorbis-0.0.12.jar;.jl020.jar;.mp3sp.jar;.vorbisspi0.6.jar test.TestPlayer。假如你下载的解码器版本不合,启动敕令也要作响应地篡改。把SPI扩展插件加入到了播放器的classpath之后,JavaSound就会在运行时自动应用它们。

摘自:天极网   光阴:2003年9月10日

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