linux下使用libmad库实现mp3文件的解码、播放

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据说这个更新到2004年2月的libmad是一种高品质的MPEG音频解码器，支持24-bit输出，优点多多。

对其的详细介绍请参考主页：http://www.underbit.com/products/mad/

准备工作

x86_64平台的编译可直接运行configure，arm下

libmad： ./configure –host=arm-xxx（arm-xxx为交叉编译工具的前缀） 

解码流程

libmad将mp3文件解码后生成pcm数据。libmad库自带一个非常简洁的实例：minimad.c，分析其中的decode函数可看到其解码流程非常简单：

1、配置输入回调函数、输出回调函数、用户数据、筛选回调函数、错误回调函数、消息回调函数，参考初始化函数源代码。

回调函数中，输入（读取原始音频数据）、输出（对解码后的音频数据进行处理）是必需的。

[cpp] view plain copy print?

1. void mad_decoder_init(struct mad_decoder *decoder, void *data,  
2.                       enum mad_flow(*input_func)(void *,  
3.                                                  struct mad_stream *),  
4.                       enum mad_flow(*header_func)(void *,  
5.                                                   struct mad_header const *),  
6.                       enum mad_flow(*filter_func)(void *,  
7.                                                   struct mad_stream const *,  
8.                                                   struct mad_frame *),  
9.                       enum mad_flow(*output_func)(void *,  
10.                                                   struct mad_header const *,  
11.                                                   struct mad_pcm *),  
12.                       enum mad_flow(*error_func)(void *,  
13.                                                  struct mad_stream *,  
14.                                                  struct mad_frame *),  
15.                       enum mad_flow(*message_func)(void *,  
16.                                                    void *, unsigned int *))  
17. {  
18.     decoder->mode         = -1;  
19.   
20.     decoder->options      = 0;  
21.   
22.     decoder->async.pid    = 0;  
23.     decoder->async.in     = -1;  
24.     decoder->async.out    = -1;  
25.   
26.     decoder->sync         = 0;  
27.   
28.     decoder->cb_data      = data;  
29.   
30.     decoder->input_func   = input_func;  
31.     decoder->header_func  = header_func;  
32.     decoder->filter_func  = filter_func;  
33.     decoder->output_func  = output_func;  
34.     decoder->error_func   = error_func;  
35.     decoder->message_func = message_func;  
36. }  

void mad_decoder_init(struct mad_decoder *decoder, void *data,
                      enum mad_flow(*input_func)(void *,
                                                 struct mad_stream *),
                      enum mad_flow(*header_func)(void *,
                                                  struct mad_header const *),
                      enum mad_flow(*filter_func)(void *,
                                                  struct mad_stream const *,
                                                  struct mad_frame *),
                      enum mad_flow(*output_func)(void *,
                                                  struct mad_header const *,
                                                  struct mad_pcm *),
                      enum mad_flow(*error_func)(void *,
                                                 struct mad_stream *,
                                                 struct mad_frame *),
                      enum mad_flow(*message_func)(void *,
                                                   void *, unsigned int *))
{
    decoder->mode         = -1;

    decoder->options      = 0;

    decoder->async.pid    = 0;
    decoder->async.in     = -1;
    decoder->async.out    = -1;

    decoder->sync         = 0;

    decoder->cb_data      = data;

    decoder->input_func   = input_func;
    decoder->header_func  = header_func;
    decoder->filter_func  = filter_func;
    decoder->output_func  = output_func;
    decoder->error_func   = error_func;
    decoder->message_func = message_func;
}

其中的data参数是用户需要传给回调函数的自定义数据结构。比如，解码一个文件，并且采用系统函数open函数打开，那么可以定义一个对此描述的数据结构： 

[cpp] view plain copy print?

1. typedef struct _mp3_file  
2. {  
3.     int *fd;//open(“xx.mp3”,O_RDONLY)  
4.     uint32_t flen;//mp3文件的长度  
5.     uint32_t fpos;//当前文件指针位置  
6.   
7.     uint8_t  buf[BUFSIZE];  
8.     uint32_t buf_size;  
9.   
10. } mp3_file;  

typedef struct _mp3_file
{
    int *fd;//open("xx.mp3",O_RDONLY)
    uint32_t flen;//mp3文件的长度
    uint32_t fpos;//当前文件指针位置

    uint8_t  buf[BUFSIZE];
    uint32_t buf_size;

} mp3_file;

数据成员buf、buf_size传递给mad_stream_buffer，用来设置流缓冲区指针。 

错误处理在minimad中被忽略了，可参考madplay中处理方法（player.c:1776)，此处贴出来大概的流程

[cpp] view plain copy print?

1. /* 
2.  * NAME:    decode->error() 
3.  * DESCRIPTION: handle a decoding error 
4.  */  
5. static  
6. enum mad_flow decode_error(void *data, struct mad_stream *stream,  
7.                            struct mad_frame *frame)  
8. {  
9.     struct player *player = data;  
10.     signed long tagsize;  
11.   
12.     switch (stream->error)  
13.     {  
14.         case MAD_ERROR_BADDATAPTR:  
15.                         /*do something*/  
16.             return MAD_FLOW_CONTINUE;  
17.   
18.         case MAD_ERROR_LOSTSYNC:  
19.               
20.             /* todo*/  
21.   
22.         default:  
23.             /*todo*/  
24.   
25.     }  
26.   
27.     if (stream->error == MAD_ERROR_BADCRC)  
28.     {  
29.         return MAD_FLOW_IGNORE;  
30.     }  
31.   
32.     return MAD_FLOW_CONTINUE;  
33. }  

/*
 * NAME:    decode->error()
 * DESCRIPTION: handle a decoding error
 */
static
enum mad_flow decode_error(void *data, struct mad_stream *stream,
                           struct mad_frame *frame)
{
    struct player *player = data;
    signed long tagsize;

    switch (stream->error)
    {
        case MAD_ERROR_BADDATAPTR:
                        /*do something*/
            return MAD_FLOW_CONTINUE;

        case MAD_ERROR_LOSTSYNC:

            /* todo*/

        default:
            /*todo*/

    }

    if (stream->error == MAD_ERROR_BADCRC)
    {
        return MAD_FLOW_IGNORE;
    }

    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}

错误处理的返回值定义如下：

[cpp] view plain copy print?

1. enum mad_flow {  
2.   MAD_FLOW_CONTINUE = 0x0000,   /* continue normally */  
3.   MAD_FLOW_STOP     = 0x0010,   /* stop decoding normally */  
4.   MAD_FLOW_BREAK    = 0x0011,   /* stop decoding and signal an error */  
5.   MAD_FLOW_IGNORE   = 0x0020    /* ignore the current frame */  
6. };  

enum mad_flow {
  MAD_FLOW_CONTINUE = 0x0000,   /* continue normally */
  MAD_FLOW_STOP     = 0x0010,   /* stop decoding normally */
  MAD_FLOW_BREAK    = 0x0011,   /* stop decoding and signal an error */
  MAD_FLOW_IGNORE   = 0x0020    /* ignore the current frame */
};

可视情况选择继续或者终止解码。
 

2、调用mad_decoder_run开始解码，支持两种同步、异步两种运行方式

[cpp] view plain copy print?

1. enum mad_decoder_mode {  
2.   MAD_DECODER_MODE_SYNC  = 0,  
3.   MAD_DECODER_MODE_ASYNC  
4. };  

enum mad_decoder_mode {
  MAD_DECODER_MODE_SYNC  = 0,
  MAD_DECODER_MODE_ASYNC
};

3、解码结束后调用mad_decoder_finish释放解码器

 播放

在输出回调函数中，将解码数据直接写入“/dev/dsp”即可实现mp3文件的播放，也可以生成pcm文件，供支持pcm解码的音频芯片使用。

 

 遇到的问题

1、解码错误 （0x0101 lost synchronization）

对于这个错误的解释可参考http://www.mars.org/pipermail/mad-dev/2004-January/000975.html

需要的两个库的下载地址以及编译方法如下：

zlib

这个库的configure脚本没有提供编译器选项。直接运行configure程序后，打开产生的Makefile，将CC=gcc改为你要使用的编译器的名字。

libid3tag

依赖于zlib，需要指定交叉编译工具名称，以及zlib库的头文件路径（-I)、库路径(-L)

运行./configure  –host=arm-xxx CPPFLAGS=-I（zlib头文件路径） LDFLAGS=-L（zlib库路径）

 

2、找不到“/dev/dsp”

对于无法正常播放声音的系统，可采用手动建立dsp设备的方式：

sudo mknod /dev/dsp c 14 3 (其中的设备号可通过Linux源码目录下/Documentation/devices.txt文件中查找/dev/dsp得到）

sudo chmod 666 /dev/dsp (设置普通用户可用）

对于弃用/dev/dsp方式的系统来说，不能采用上述方式，可使用padsp程序，如：

padsp madplay xxx.mp3

据说这个更新到2004年2月的libmad是一种高品质的MPEG音频解码器，支持24-bit输出，优点多多。

对其的详细介绍请参考主页：http://www.underbit.com/products/mad/

准备工作

x86_64平台的编译可直接运行configure，arm下

libmad： ./configure –host=arm-xxx（arm-xxx为交叉编译工具的前缀） 

解码流程

libmad将mp3文件解码后生成pcm数据。libmad库自带一个非常简洁的实例：minimad.c，分析其中的decode函数可看到其解码流程非常简单：

1、配置输入回调函数、输出回调函数、用户数据、筛选回调函数、错误回调函数、消息回调函数，参考初始化函数源代码。

回调函数中，输入（读取原始音频数据）、输出（对解码后的音频数据进行处理）是必需的。

[cpp] view plain copy print?

1. void mad_decoder_init(struct mad_decoder *decoder, void *data,  
2.                       enum mad_flow(*input_func)(void *,  
3.                                                  struct mad_stream *),  
4.                       enum mad_flow(*header_func)(void *,  
5.                                                   struct mad_header const *),  
6.                       enum mad_flow(*filter_func)(void *,  
7.                                                   struct mad_stream const *,  
8.                                                   struct mad_frame *),  
9.                       enum mad_flow(*output_func)(void *,  
10.                                                   struct mad_header const *,  
11.                                                   struct mad_pcm *),  
12.                       enum mad_flow(*error_func)(void *,  
13.                                                  struct mad_stream *,  
14.                                                  struct mad_frame *),  
15.                       enum mad_flow(*message_func)(void *,  
16.                                                    void *, unsigned int *))  
17. {  
18.     decoder->mode         = -1;  
19.   
20.     decoder->options      = 0;  
21.   
22.     decoder->async.pid    = 0;  
23.     decoder->async.in     = -1;  
24.     decoder->async.out    = -1;  
25.   
26.     decoder->sync         = 0;  
27.   
28.     decoder->cb_data      = data;  
29.   
30.     decoder->input_func   = input_func;  
31.     decoder->header_func  = header_func;  
32.     decoder->filter_func  = filter_func;  
33.     decoder->output_func  = output_func;  
34.     decoder->error_func   = error_func;  
35.     decoder->message_func = message_func;  
36. }  

void mad_decoder_init(struct mad_decoder *decoder, void *data,
                      enum mad_flow(*input_func)(void *,
                                                 struct mad_stream *),
                      enum mad_flow(*header_func)(void *,
                                                  struct mad_header const *),
                      enum mad_flow(*filter_func)(void *,
                                                  struct mad_stream const *,
                                                  struct mad_frame *),
                      enum mad_flow(*output_func)(void *,
                                                  struct mad_header const *,
                                                  struct mad_pcm *),
                      enum mad_flow(*error_func)(void *,
                                                 struct mad_stream *,
                                                 struct mad_frame *),
                      enum mad_flow(*message_func)(void *,
                                                   void *, unsigned int *))
{
    decoder->mode         = -1;

    decoder->options      = 0;

    decoder->async.pid    = 0;
    decoder->async.in     = -1;
    decoder->async.out    = -1;

    decoder->sync         = 0;

    decoder->cb_data      = data;

    decoder->input_func   = input_func;
    decoder->header_func  = header_func;
    decoder->filter_func  = filter_func;
    decoder->output_func  = output_func;
    decoder->error_func   = error_func;
    decoder->message_func = message_func;
}

其中的data参数是用户需要传给回调函数的自定义数据结构。比如，解码一个文件，并且采用系统函数open函数打开，那么可以定义一个对此描述的数据结构： 

[cpp] view plain copy print?

1. typedef struct _mp3_file  
2. {  
3.     int *fd;//open(“xx.mp3”,O_RDONLY)  
4.     uint32_t flen;//mp3文件的长度  
5.     uint32_t fpos;//当前文件指针位置  
6.   
7.     uint8_t  buf[BUFSIZE];  
8.     uint32_t buf_size;  
9.   
10. } mp3_file;  

typedef struct _mp3_file
{
    int *fd;//open("xx.mp3",O_RDONLY)
    uint32_t flen;//mp3文件的长度
    uint32_t fpos;//当前文件指针位置

    uint8_t  buf[BUFSIZE];
    uint32_t buf_size;

} mp3_file;

数据成员buf、buf_size传递给mad_stream_buffer，用来设置流缓冲区指针。 

错误处理在minimad中被忽略了，可参考madplay中处理方法（player.c:1776)，此处贴出来大概的流程

[cpp] view plain copy print?

1. /* 
2.  * NAME:    decode->error() 
3.  * DESCRIPTION: handle a decoding error 
4.  */  
5. static  
6. enum mad_flow decode_error(void *data, struct mad_stream *stream,  
7.                            struct mad_frame *frame)  
8. {  
9.     struct player *player = data;  
10.     signed long tagsize;  
11.   
12.     switch (stream->error)  
13.     {  
14.         case MAD_ERROR_BADDATAPTR:  
15.                         /*do something*/  
16.             return MAD_FLOW_CONTINUE;  
17.   
18.         case MAD_ERROR_LOSTSYNC:  
19.               
20.             /* todo*/  
21.   
22.         default:  
23.             /*todo*/  
24.   
25.     }  
26.   
27.     if (stream->error == MAD_ERROR_BADCRC)  
28.     {  
29.         return MAD_FLOW_IGNORE;  
30.     }  
31.   
32.     return MAD_FLOW_CONTINUE;  
33. }  

/*
 * NAME:    decode->error()
 * DESCRIPTION: handle a decoding error
 */
static
enum mad_flow decode_error(void *data, struct mad_stream *stream,
                           struct mad_frame *frame)
{
    struct player *player = data;
    signed long tagsize;

    switch (stream->error)
    {
        case MAD_ERROR_BADDATAPTR:
                        /*do something*/
            return MAD_FLOW_CONTINUE;

        case MAD_ERROR_LOSTSYNC:

            /* todo*/

        default:
            /*todo*/

    }

    if (stream->error == MAD_ERROR_BADCRC)
    {
        return MAD_FLOW_IGNORE;
    }

    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}

错误处理的返回值定义如下：

[cpp] view plain copy print?

1. enum mad_flow {  
2.   MAD_FLOW_CONTINUE = 0x0000,   /* continue normally */  
3.   MAD_FLOW_STOP     = 0x0010,   /* stop decoding normally */  
4.   MAD_FLOW_BREAK    = 0x0011,   /* stop decoding and signal an error */  
5.   MAD_FLOW_IGNORE   = 0x0020    /* ignore the current frame */  
6. };  

enum mad_flow {
  MAD_FLOW_CONTINUE = 0x0000,   /* continue normally */
  MAD_FLOW_STOP     = 0x0010,   /* stop decoding normally */
  MAD_FLOW_BREAK    = 0x0011,   /* stop decoding and signal an error */
  MAD_FLOW_IGNORE   = 0x0020    /* ignore the current frame */
};

可视情况选择继续或者终止解码。
 

2、调用mad_decoder_run开始解码，支持两种同步、异步两种运行方式

[cpp] view plain copy print?

1. enum mad_decoder_mode {  
2.   MAD_DECODER_MODE_SYNC  = 0,  
3.   MAD_DECODER_MODE_ASYNC  
4. };  

enum mad_decoder_mode {
  MAD_DECODER_MODE_SYNC  = 0,
  MAD_DECODER_MODE_ASYNC
};

3、解码结束后调用mad_decoder_finish释放解码器

 播放

在输出回调函数中，将解码数据直接写入“/dev/dsp”即可实现mp3文件的播放，也可以生成pcm文件，供支持pcm解码的音频芯片使用。

 

 遇到的问题

1、解码错误 （0x0101 lost synchronization）

对于这个错误的解释可参考http://www.mars.org/pipermail/mad-dev/2004-January/000975.html

需要的两个库的下载地址以及编译方法如下：

zlib

这个库的configure脚本没有提供编译器选项。直接运行configure程序后，打开产生的Makefile，将CC=gcc改为你要使用的编译器的名字。

libid3tag

依赖于zlib，需要指定交叉编译工具名称，以及zlib库的头文件路径（-I)、库路径(-L)

运行./configure  –host=arm-xxx CPPFLAGS=-I（zlib头文件路径） LDFLAGS=-L（zlib库路径）

 

2、找不到“/dev/dsp”

对于无法正常播放声音的系统，可采用手动建立dsp设备的方式：

sudo mknod /dev/dsp c 14 3 (其中的设备号可通过Linux源码目录下/Documentation/devices.txt文件中查找/dev/dsp得到）

sudo chmod 666 /dev/dsp (设置普通用户可用）

对于弃用/dev/dsp方式的系统来说，不能采用上述方式，可使用padsp程序，如：

padsp madplay xxx.mp3