基于Qt/Embedded的MP3音樂(lè)播放器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

焦正才，樊文俠

（西安工業(yè)大學(xué) 陜西 西安 710032）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，PDA、掌上設(shè)備、WAP手機(jī)以及DVD/EVD播放機(jī)等嵌入式設(shè)備的迅速普及，而這些設(shè)備同時(shí)擁有華麗美觀、易于操作的圖形用戶(hù)界面。MP3作為高質(zhì)量的音樂(lè)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)壓縮比率大，較小的數(shù)據(jù)量以及質(zhì)量高的播放效果[1]。研究開(kāi)發(fā)一款功能強(qiáng)大、界面友好、操作簡(jiǎn)單的MP3播放器，普通用戶(hù)可以通過(guò)它在多姿多彩的多媒體世界中暢游，來(lái)滿(mǎn)足自己的視聽(tīng)享受的要求，這些使得嵌入式媒體播放器成為了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，在完全遵循GPL（通用公共許可證）條款下，產(chǎn)生的Qt/Embedded，使得許多嵌入式開(kāi)發(fā)者轉(zhuǎn)到了Qt/Embedded。因Qt使用“一次編寫(xiě)，隨處編譯”的方式為開(kāi)發(fā)跨平臺(tái)的圖形用戶(hù)界面應(yīng)用程序提供了一個(gè)完整的C++應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架。

1 Qt/Embedded簡(jiǎn)介

Qt是Trolltech（奇趣）公司的標(biāo)志性產(chǎn)品，是用于創(chuàng)建Linux下的圖行軟件中最出色的軟件包之一。它是眾所周知的桌面環(huán)境KDE所使用的工具包。Qt不僅適用于UNIX/Linux，而且還可以用于Windows。Qt是一個(gè)用于桌面系統(tǒng)和嵌入式開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)應(yīng)用程序框架。它包括一個(gè)直觀的應(yīng)用接口程序函數(shù)（API）和一個(gè)豐富的類(lèi)庫(kù)，以及用于GUI開(kāi)發(fā)和國(guó)際化的集成工具，另外它還支持JavaTM和C++開(kāi)發(fā)。Qt讓企業(yè)無(wú)須重新編寫(xiě)源代碼，便可以構(gòu)建運(yùn)行在不同桌面系統(tǒng)操作系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備上的軟件應(yīng)用程序。針對(duì)范圍廣泛的各行各業(yè)，包括GoogleTM、Adobe@Lucasfilm和 SkypeTM，通過(guò)在Qt一個(gè)平臺(tái)上的軟件投資開(kāi)發(fā)而涵蓋其它眾多平臺(tái)，Qt可以縮短投入市場(chǎng)的時(shí)間并且提高生產(chǎn)效率[2]。

1.1 Qt/Embedded的優(yōu)勢(shì)

1）針對(duì)多個(gè)平臺(tái)只編寫(xiě)一次代碼；

2）獨(dú)特的開(kāi)發(fā)方式；

3）易學(xué)易用的模塊化的類(lèi)庫(kù)；

4）在單一應(yīng)用程序中可混合網(wǎng)絡(luò)和本地代碼。

1.2 Qt/Embedded的安裝與開(kāi)發(fā)環(huán)境的配置

Windows下開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建：安裝Qt SDK即可，它是一個(gè)完整的Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括特定版本的Qt庫(kù)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境-Qt Creator IDE。

1.3 Qt的3個(gè)主要基類(lèi)

1）QObject類(lèi)是所有能夠處理 signal、slot和事件的 Qt對(duì)象的基類(lèi)。

2）QApplication類(lèi)負(fù)責(zé)GUI應(yīng)用程序的控制流和主要的設(shè)置，它包括主事件循環(huán)體，負(fù)責(zé)處理和調(diào)度所有來(lái)自窗口系統(tǒng)和其他資源的事件和處理應(yīng)用程序的開(kāi)始、結(jié)束以及會(huì)話(huà)管理的功能。對(duì)于一個(gè)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，建立此類(lèi)的對(duì)象是必不可少的。其中，QApplication是QObject類(lèi)的子類(lèi)。

3）QWidget類(lèi)是所有用戶(hù)接口對(duì)象（組件）的基類(lèi)，它是用戶(hù)界面的單元組成部分，它接收鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和其他從窗口系統(tǒng)來(lái)的事件，并把它自己繪制在屏幕上。

1.4 Qt的2個(gè)核心技術(shù)：信號(hào)和槽

信號(hào)和槽是QT自行定義的一種通信機(jī)制，它獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語(yǔ)言，因此要正確的處理信號(hào)和槽，必須借助一個(gè)稱(chēng)為元對(duì)象編譯器moc（Meta Object Compiler）的QT工具，該工具是一個(gè)C++預(yù)處理程序，它為高層次的事件處理自動(dòng)生成所需要的附加代碼[4]。其中，信號(hào)會(huì)在某個(gè)特定情況或是動(dòng)作下被觸發(fā)，槽是等同于接收并處理信號(hào)的函數(shù)。如圖1所示。

圖 1 Qt中 signal（信號(hào)）與 slot（槽）機(jī)制Fig.1 Signal and slot of Qt

2 Qt/Embedded圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)流程

圖2 Qt圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)流程圖Fig.2 Graphical user interface development flow chart of Qt

3 基于Qt/Embedded的MP3播放器設(shè)計(jì)

文中基于Qt/Embedded設(shè)計(jì)的圖形用戶(hù)界面，利用FFmpeg解碼庫(kù)，它是一個(gè)高精度的開(kāi)源MPEG音頻解碼庫(kù)，其輸出為24 bit。通過(guò)使用FFmpeg解碼庫(kù)對(duì)MP3文件進(jìn)行解碼，可以取得較好的播放效果，同時(shí)使用其提供的應(yīng)用接口程序函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻數(shù)據(jù)的解碼和順序視聽(tīng)。筆者采取模塊化的設(shè)計(jì)模式，來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)視聽(tīng)MP3的基本功能。

3.1 MP3播放器主窗口

MP3音樂(lè)播放器主窗口，它是播放器的控制窗口，完成與用戶(hù)的人機(jī)交互。設(shè)計(jì)的MP3播放器控制界面如圖3所示，其主要功能是完成對(duì)MP3歌曲播放的管理，諸如打開(kāi)文件、歌曲列表、顯示歌曲總時(shí)間、歌詞的顯示和歌曲播放進(jìn)度、歌名、播放和暫停、上下曲和音量的增減進(jìn)度條。下面對(duì)主要的功能模塊進(jìn)行介紹。

圖3 MP3 Player界面Fig.3 Interface of MP3 Player

3.2 MP3播放器文件的打開(kāi)功能

Qt中的QFileDialog標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)話(huà)框類(lèi)，用戶(hù)通過(guò)這些函數(shù)可以很方便地定制自己的文件對(duì)話(huà)框。其函數(shù)形式如下：

在Windows和Mac OS X下，這個(gè)靜態(tài)函數(shù)將使用本地文件對(duì)話(huà)框而不是QFileDialog，除非應(yīng)用程序的風(fēng)格被設(shè)置為本地風(fēng)格以外的某種風(fēng)格?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)用集成這個(gè)類(lèi)，其中的getOpenName（）函數(shù)，完成對(duì)MP3歌曲文件的選擇。

3.3 音量調(diào)節(jié)功能模塊（Qt phonon多媒體框架）

目前在Qt 4.6中實(shí)現(xiàn)多媒體播放圖形界面主要依賴(lài)于phonon框架，提供一套多媒體框架，提供多媒體回放的功能。其實(shí)QT中還有一個(gè)Multimedia模塊，實(shí)現(xiàn)底層的多媒體播放功能，為使用音頻和視頻的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提供的一個(gè)框架。開(kāi)發(fā)人員可以大概了解多媒體播放是通過(guò)什么實(shí)現(xiàn)的，只需調(diào)用相應(yīng)的接口就行，但這中間需要一個(gè)中轉(zhuǎn)，被稱(chēng)為backend。Qt phonon多媒體文件的播放主要過(guò)程包括：文件讀取、分流、解碼、輸出。如圖4所示。

3.4 MP3歌曲計(jì)時(shí)和時(shí)間顯示模塊

MP3文件格式是由一系列的幀組成的，幀是MP3文件的最小單位。如表1[5-6]所示。

計(jì)算MP3歌曲的時(shí)間，首先要讀取MP3歌曲的數(shù)據(jù)流，而在MP3文件幀頭的第二個(gè)字節(jié)里保存著MP3版本和Layer信息；第三個(gè)字節(jié)保存了比特率信息，通過(guò)查表可以獲取幀頭中的比特率，然后計(jì)算MP3的時(shí)間[3]。MP3的波特率rate與播放時(shí)間time符合公式（1）：

圖4 Qt phonon多媒體框架Fig.4 Multimedia framework of Qt phonon

表1 MP3文件結(jié)構(gòu)和功能描述Tab.1 MP3 files structure and function description

3.5 歌詞顯示模塊

在用戶(hù)瀏覽網(wǎng)頁(yè)和處理相關(guān)信息時(shí)，本設(shè)計(jì)的MP3播放器為用戶(hù)量身定做了一個(gè)小的字幕歌詞滾動(dòng)條?？赡苡械拈_(kāi)發(fā)者會(huì)有疑問(wèn)，客戶(hù)既然在做其他的事情，注意力肯定不在音樂(lè)上，歌詞的顯示有必要嗎？答案是肯定的，我想很多人都用這種情況：看網(wǎng)頁(yè)聽(tīng)歌的時(shí)候突然想看看剛才沒(méi)聽(tīng)清楚的歌詞是什么，在這個(gè)時(shí)候，歌詞的顯示展示出了它最大的魅力。

相關(guān)程序段如下：

同時(shí)也考慮了一些特殊情況，如若0.1 s不顯示歌詞，則顯示“Music...

其中最重要的一點(diǎn)就是時(shí)間與歌詞的更新顯示，相關(guān)程序段如下：

4 結(jié) 論

文中基于Qt/Embedded設(shè)計(jì)的MP3應(yīng)用播放器，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，能夠在Windows操作平臺(tái)上運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了基本的打開(kāi)歌曲、歌曲切換、暫停、歌曲列表、歌詞和時(shí)間進(jìn)度條的功能。此播放器是在Windows操作系統(tǒng)下的QT集成環(huán)境下完成的，只要將此播放器的代碼在其他QT能夠運(yùn)行的平臺(tái)上重新編譯就可以實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前平臺(tái)上運(yùn)行，真正做到了“一次編寫(xiě)，處處編譯“的目的。Qt/Embedded使用了Qt在桌面上的所有功能，豐富的接口應(yīng)用程序函數(shù)和基于組件的模塊化編程思想，將會(huì)使Qt/Embedded成為未來(lái)嵌入式的主流GUI。

[1]王靈芝，陳雷松.基于嵌入式Linux與Qt的MP3播放器的設(shè)計(jì)[J].漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（1）:39-43.

WANG Ling-zhi，CHENG Lei-song.Design of MP3 player based on embedded Linux and Qt[J].Zhang zhou Teachers College:Natural Science Edition，2009（1）:39-43

[2]博創(chuàng)科技.嵌入式系統(tǒng)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M].北京：北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司，2006.

[3]汪勇，熊前興.MP3文件格式解析[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，2004（12）：126-128.

WANG Yong，XIONG Qian-xing.MP3 file format parsing[J].Computer Application Software，2004（12）:126-128.

[4]蘆東昕，周建彬，譚振華.基于Qt/Embedded的控件擴(kuò)展研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2006（10）:97-100.

LU Dong-xin，ZHOU Jian-bin，TAN Zhen-hua.Reseacher&implementation of extended widgets based on Qt/Emdedded[J].Computer Technology and Development，2006（10）:97-100.

[5]王森林，莊圣賢.基于嵌入式Linux的MP3播放器設(shè)計(jì)[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（3）:65-68.

WANG Sen-lin，ZHUANG Shen-xian.Design of MP3 player on embedded Linux[J].Chongqing Institute of Technology，2007（3）:65-68.

[6]何劍鋒，鄔文彪.嵌入式Linux系統(tǒng)的Qt/Embedded圖形界面開(kāi)發(fā)[J].電子工程師，2007（7）:46-48

HE Jian-feng，WU Wen-biao.Development of Qt/Embedded graphical interface based on linux[J].Electronics Engineers，2007（7）:46-48.