java音频处理

1、用Java实现音频播放桌面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 WA爭口 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JavaSoun

2、d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，适合 JDK1.1 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

3、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。書乐播.1游恣IIriteniet耆乐:;:工放:工:编辑二I r 基于 J avaS ound 启的应用软件JavaSound API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

4、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。对于来自各种音频输入端口的信号，TargetDataLine 之前，利用混频器控 获得数字化的音频输入流。TargetDataLine麦克侃 CD Line In.扬声噩耳机 Lme Out .端口端口Mixer混频器Mixer混频器TargetDataLineSourceDataLine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

5、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。作者：出处：uncj责任编辑：方舟2003-06-23 14:10 本文将通过设计和构造一个支持实时MP3 WAX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, 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 制输入混频，最后在程序中通过输入到应用软件从应用软件ffilj lEl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

6、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

7、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（JDK1.4 ）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

8、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PCMPulse 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Ma

9、cintosh ）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。作者：出处：uncj责任编辑：方舟2003-06-23 14:10 本文将通过设计和构造一个支持实

10、时MP3 WAX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，其实例在 GUIInit() 方法的末尾通过 pBase = newTest

11、Base()语句初始化。表一表5类的名称4说明4应用程序鮭叢创建并显示GUL 4UsklstFrroe播赦器的GUI.读取YKW文件，扫詮特定的目录查找 可播放的文件，在GUI的列表中显示出这些文件.借助 瞰鵝类的帮助管理GUL卩包含与芦音播啟有关的所有代码逻辑.它用一个专用的线 程来播議产苜，因此在播啟产1苜的同时，用户仍可使用 GUI 例如点击各种控制心显示关于对话框 2用户界面中的按钮用类似下面的代码创建，其中addBttnlconText()是一个私有方法，它把一个图标放到按钮的文字标签之上。Java程序的用户界面和 Windows界面风格迥异，建议读者使用Java开发工具自带的图标，

12、或者从 Java图标库下载(例如)。JButton playBttn = new JButto n();addBtt nlco nText(playBtt n,播放 ”，Play24.gif);playBttn.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() public void actio nPerformed(Actio nEve nt e) playClick(e););当用户点击一个按钮，与该按钮对应的xxxClick()事件句柄函数开始执行。播放器共有5个按钮，相应的事件句柄也有 5个：playClick(播放”按钮)，s

13、topClick (停止”按钮)，pauseClick (暂停”按钮)，prevClick (后退”按钮)，nextClick (前进”按钮)。例如，点击播放”按钮时，playClick() 句柄首先获得JList中选中的文件，然后调用 TestBase实例中的playFile()辅助方法播放文件。playClick()句柄的代码如下所示，注意它把音乐文件及其所在目 录连接起来的方法是操作系统中立的。void playClick(Acti on Eve nt e) String fileToPlay = (String) filenamesList.getSelectedValue();if

14、(fileToPlay != n ull) pBase.playFile(searchDir + System.getProperty(file.separator) + fileToPlay);stopClick() 和 pauseClick() 方法分别调用 TestBase 中的 stop()和 pause()方法。prevClick() 和 nextClick()句柄的任务稍微复杂一点。 首先，它们要调用TestBase中的stop()方法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，最后调用playClick()播放新选中的音乐文件，如下所示。void prev

15、Click(Act ion Eve nt e) pBase.stop();file namesList.setSelectedl ndex(file namesList.getSelectedl ndex() -1);playClick(e);void n extClick(Acti on Eve nt e) pBase.stop();file namesList.setSelectedl ndex(file namesList.getSelectedl ndex()+1)% curPlayListLe ngth);playClick(e);五、播放音乐TestBase类包含主要的播放逻辑。例

16、如，当用户点击播放”按钮，TestBase类中的play()方法开始执行。public void play() if (!stopped) | (paused) retur n;if (playerThread = n ull) playerThread = new Thread(this);playerThread.start();try Thread.sleep(500); catch (Exceptio n ex) synchroni zed(s yn ch) stopped = false;syn ch. notifyAII();play()方法首先确认播放器当前已被终止播放，而不是暂

17、停播放。然后它检查这是不是第一次调用play():如果是，则创建一个 playerThread线程。我们用一个独立的线程负责音乐播放，这样，无论播放器正在读取文件、解码，还是正在把音频数据输岀到扬声器，用户界面总是可操作的。启动线程之后，play()方法锁定静态synch同步对象，将stopped标记设置为false，然后通知正在 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对象上的提醒通知)。playerThread线程启动后，它的run()方法开始运行。这个线程一直执行 while循环，直到threadExit 标记变成true为止。在while循环

18、中，线程首先等待“开始播放”的信号(当用户点击“播放”按钮时)然后播放音乐。表二列岀了描述播放器状态的各个标记及其含义。public void run() while (! threadExit) waitforSig nal();if (! stopped)playMusic();表二pVWWi标记名称说明宀程序运行结束，线程应当尽快终止.p播敢器处于停止状态；没有正在播糕的文件.小卿加.羊播诙器处于暂停状态;勳点击夷屋:按钮从当前位宣开始继 续播畝.q正在播欤煤体文件.卩playMusic()方法利用JavaSound API播放当前选中的文件。首先要通过AudioSystem类获得一个A

19、udioInputstream。然后，利用 AudioInputstream 的getFormat()获知音频数据的格式。在此基础上，我 们试图通过getLine()方法获得一个支持该种格式的SourceDataLine。如果要播放的是 WAV文件，现在我们已经有了非压缩的 PCM格式的音频数据，可以用line对象开始播放音频。ais= AudioSystem.getAudiolnputStream(new File(fileToPlay);Jif (ais != n ull) baseFormat = ais.getFormat();line = getL in e(baseFormat);

20、如果音频数据是压缩格式的，如 MP3或Ogg,必须先进行一次转换把 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 把原来的 AudioInputStream 转换成新的 AudioFormat 格式。3、获得一个处理解码后格式的SourceDataLine 。如下所示：AudioFormat decodedFormat = new AudioFormat(AudioFormat.E ncod in g.PCM_SIGNED,bas

21、eFormat.getSampleRate(),16,baseFormat.getCha nn els(),baseFormat.getCha nn els() * 2,baseFormat.getSampleRate(),false);ais = AudioSystem.getAudioI nputStream(decodedFormat, ais);line = getL in e(decodedFormat);getLine()方法的返回值是一个与参数中指定的AudioFormat兼容的SourceDataLine。如果不能获得兼容的SourceDataLine ，getLine() 返

22、回null。在getLine() 方法中，我们首先创建和填充一个 DataLine.Info 结构，调用 AudioSystem.getLine() 方法，将 info 结构传递给 AudioSystem 类工厂。private SourceDataL ine getL in e(AudioFormat audioFormat) SourceDataL ine res = n ull;DataLi ne.l nfo info = new DataLi ne.l nfo(SourceDataLi ne.class,audioFormat);try res = (SourceDataLine) A

23、udioSystem.getLine(info);res.ope n( audioFormat);catch (Excepti on e) return res;准备好AudioInputStream 和SourceDataLine 之后，playMusic()剩余的任务已经很简单：用一个循环从 AudioInputStream 读取数据，然后写入到SourceDataL in Bytes = 0;while (inBytes != -1) & (!stopped) & (!threadExit) try in Bytes = ais.read(audioData, 0, BUFFER_SIZE); _catch (IOExcepti on e) e.pri ntStackTra