摘要 為增強Android多媒體系統的功能，在Android智能手機上添加WMA音頻播放功能，使Android平臺支持WMA格式，播放WMA格式文件。基于Android多媒體系統的Stagefright框架，通過創建WMA的文件解析單元和解碼單元，使WMA音頻文件中的編碼數據被正確地解碼成原始數據并輸出。通過在Android平臺測試機上反復播放WMA音頻文件，播放聲音清晰、音質良好。
關鍵詞  Android；WMA；多媒體；Stagefright

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

1 Andr0Id平臺及其多媒體框架結構
1．1 Android系統
    Android是Goosle與OHA(Open Handset Alliance)推出的開源手機操作系統。Android基于Linux平臺，由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成。Android平臺自底向上由4個層次組成：Linux內核層、運行時庫和其他庫層、應用框架層、應用程序層。
    (1)Linux Kernel。Android底層是一個基于Linux2．6內核來開發的獨立操作系統，該層主要用于提供系統的底層服務，包括安全機制、內存管理、進程管理、網絡堆棧和驅動等。
    (2)Libraries和Android Runtime。這一層主要與進程運行相關，包含了一套C／C++函數庫，主要包括Libc、Media、Framework、WebKit、SGL、OpenGLES、FreeType、SQLite等。核心庫提供了Java編程核心庫的大多數功能，這些功能通過Android應用框架展現給開發人員，另外每一個Android程序都有獨立的Dalvik虛擬機為它提供運行環境。
    (3)Application Framework。該層是Android平臺專為應用程序開發而設計的。開發者通過使用核心應用程序調用Android框架提供的API，這個應用程序結構被設計成方便復用的組件，該層由一系列的服務和系統構成。
    (4)Applications。Android本身附帶一些核心的應用程序包，例如Email客戶端、瀏覽器、日歷、Google地圖、SMS短消息程序等。
1．2 媒體播放器結構及多媒體實現的核心
    Android多媒體系統縱向跨越了Android系統的所有4個層次：Java應用程序層、Java框架層、本地代碼層、Linux驅動層。多媒體本地代碼層是多媒體系統的重點。Libmedia庫提供多媒體部分的本地框架，Libstagefright提供多媒體核心功能的實現。
    Android媒體播放器的模塊結構如圖1所示。

    上層的應用程序將媒體的URI作為輸入設置到媒體播放器中，再經過應用框架、JNI和本地框架，一直到設置到StagefrightPlayer中。在這個過程中沒有數據流的傳遞，只是傳遞了URI路徑。經Stagefright-Player中的解析單元進行解析后，讀取音頻流，經過解碼器的處理轉換成原始數據。音頻原始數據將被送到音頻輸出環節中。
    Stagefright是Android多媒體本地實現的核心。Stagefright中包括的內容很多，單從播放的角度來看StagefrightPlayer輸入的是文件或網絡媒體流，輸出的是音視頻輸出設備，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，要實現Android多媒體對WMA音頻格式媒體文件或流媒體的播放，就需要擴展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 多媒體系統增加WMA音頻格式的設計
    從多媒體系統具體實現的角度來看，WMA音頻格式播放主要經過WMA格式文件解析、WMA編碼流解碼、PCM輸出播放3個階段。WMA音頻播放器的結構如圖2所示。

    基于Android多媒體系統音頻播放流程，在WMA音頻格式開發過程中主要有4項工作：(1)WMA文件的識別；(2)WMA文件的解析；(3)編碼數據的讀取；(4)編碼數據的解碼和輸出。
2．1 WMA格式音頻播放功能流程設計
    通過調用AwesomePlayer的setDataSource函數來設置數據源；AwesomePlayer通過調用MediaExtractor的Create函數來識別該文件的格式，MediaPlayer判斷該文件為WMA格式后，會創建一個WMAExtractor，在創建WMAExtraetor的同時，WMAExtractor會解析文件頭，獲取文件中的相關信息。然后調用WMAExtractor的getTrack函數創建一個WMASource；AwesomePlaye嗵過OMXCOdec創建一個WMADecoder；Awesome Player接著創建一個AudioPlayer，并把WMADecoder做為數據源傳給AudioPlayer，并調用AudioPlayer的start函數；AudioPlayer獲取WMA Decoder中的相關參數：文件類型、采樣率、聲道數，并根據該數據開啟AudioSink，并把AudioSinkCailhaek做為回調函數傳給AudioSink。AudioPlayer先調用WMADecoder解第一幀數據，并把該數據傳給AudioSink去播放，當播放完成后AudioSink會調用回調函數AudioSink Call-hack再取解碼后的數據，AudioSinkCallbaek又會調用FillButfer函數獲取解碼后的原始數據，解碼后數據如果被取完后，AudioPlayer又會調用WMADecoder解下一幀數據給AudioSink，來回反復，直到文件中數全部被播放，播放流程如圖3所示。在拉動滾動條時，上層會傳來SeekTime，經AudioPlayer傳給WMADeeoder再傳給WMAExtractor，WMAExtractor根據上層傳來的SeekTime判斷出要播放的原始數據的起始位置，然后從該位置讀取一個數據包傳給WMADecoder解碼。

    在整個WMA格式解碼播放過程中，主要設計有兩個模塊：WMAExtractor和WMADecoder。WMAExtractor主要執行WMA格式文件解析和數據讀取功能。WMADecoder主要執行解碼功能；WMA格式音頻播放功能實現。

    (1)WMA文件的識別。
    在判斷播放文件格式前，AwesomePlayer會提前把所支持的格式通過DataSource中的RegisterDefaultSniffers函數注冊進來。判斷播放文件格式時，會逐一按次序把該文件和所支持的格式進行匹配，最匹配的格式就是該文件的格式，所以在Datasource中的RegisterDefauh Sniffers函數中應添加如下代碼：
 
    WMA文件開始有一個16 Byte的標識，表示是WMA：30 26 B2 75 8E 66 CF 11 A6 D9 00 AA 62 CE 6C。如果音頻文件的前16個字符和這16 Byte相符，那么就可以判斷該文件為WMA文件。WMAExtraetor中的SniffWMA函數就是通過讀取文件前16 Byte來判斷該文件是不是WMA文件。在SniffWMA函數中，如果判斷前16 Byte和WMA的16個標識字節相等，就會把MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_WMA給mimeType指針，標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：
 
    (2)WMA文件的解析。
    WMAExtmetor從WMA文件的第31 Byte開始取16 Byte，然后依次和file_header、stream_header、data_header、comment_header、exten-ded_content_header對比，如果和file_header相等，則從下個Byte開始依次獲取文件大小、創建時間、數據包個數、…數據包大小。然后再從下個Byte開始讀取16 Byte再進行對比，如果和extended_content_header相等，則可以從下個Byte中依次獲取名稱、藝術家、版權、注釋等非音頻信息。然后再接著讀取16 Byte進行比對，直到和data_eader相等。data_header后就是音頻文件解碼數據，data_header的結束位置就是第一個數據包在文件中的偏移量。WMAExtractor會創建一個MetaData，并把文件頭中獲取的sample_rate、Byte_rate、channels、dura-tion都存入MetaData中。在WMAExtractor的getMetaData函數中，把之前獲取的非音頻信息放入MetaData中，最后返回該MetaData。在WMAEx-tractor的getTrack函數中，創建一個WMASource，并把WMA數據和MetaData傳給WMASource。
    (3)編碼數據的讀取。
    獲取未解碼數據是通過WmASource的read函數讀取的。WMA數據是以數據包為單位的，同文件中的數據包大小相同。每個數據包中有多幀數據，每個數據包的起始位置減去第—個數據包的起始位置再除以包的大小等于一個整數，這個整數就是該數據包之前數據包的個數。每個數據包的第一個Byte一般都等于0x82。第二個Byte以后是該數據包的相關信息。根據包的相關數據就可以獲取該包中的未解碼數據。
    WMASource的read讀取未解碼數據時，首先會判斷從WMADecoder傳來的options是否為空，如果不為空，并可以從options中獲取一個播放時間seekTimeUs，就通過seekTimeUs、總播放時間和總數據包的個數算出要播放數據包的起始位置，然后從該起始位置獲取一個數據包的數據，并從該數據包中獲取有效數據的大小、起始位置、時間等數據，最后把該有效數據和時間放在WMADecoder傳來的Buffer里。
    WMASource的Read被調用時，如果傳來的Options為空或是不能從Options中獲取時間seekTimeUs，就會從WMA文件中讀取一個數據包，根據其中的有效數據的大小、起始位置獲取有效數據，并獲取該數據包中的時間，然后把該有效數據和時間放在WMADecoder傳來的buffer里。第一個數據包的起始位置就是解析頭文件時獲取的第一個數據包的偏移量，所以第一次調用WMASource的read時，就是從這個偏移量的下個位置讀取第一個數據包的。在WMASource中有一個專門記錄讀取位置的指針。每次讀取1個數據包后，該指針就會指向數據包末尾的下一個位置，當下一次WMASource的read讀取未解碼數據時，如果不是音樂定點播放，就會從該指針所指的位置開始讀取數據包。

    (4)編碼數據的解碼和輸出。
    AwesomePlayer通過OMXCodec中的Create函數創建WMADecoder，所以在OMXCodec中注冊WMADecoder的相關信息：

    在創建WMADecoder時，把之前創建的WMASource傳給WMADecoder。在WMADecoder構造函數中，WMADecoder從WMASource中獲取Metadata，并從Metadata獲取sampleRate、numChannels、duration等。在WMADecoder的start函數中，通過調用avcodec_open函數，來分配解碼所需的空間、創建并初始化解碼所需的相關參數。在WMADecoder析構函數中會調用WMADecoder的Stop函數。在Stop函數中會釋放所有相關空間。
    WMA音頻解碼主要是在WMADecoder的read函數中完成的：首先，先會判斷是否是音樂定點播放，如果不是，WMADecoder會調用WMAExtrac-tor的read函數讀取一個未解碼的數據包；然后，對該數據進行解碼，將解碼后的音頻數據存放在MediaBuffer的Data()中，再設置MediaBu-ffer的mRangeOffset和mRangeLength，在讀取數據包時會從包中獲取該數據包中的時間戳，把該時間戳存放在MediaBuffer的Meta_ data()中的kKeyTime里；最后，WMAdecoder把該MediaBuffer傳回給AudioPlayer。如果是音樂定點播放，首先，WMADecoder會從AudioPtayer傳過來的ReadOption中獲取播放時間(option->getSeekTo(&seekTimeUs，&mode))，在調用WMASource的read函數來讀取未解碼音頻數據時會把該時間(seekTimeUs)傳給WMASource。WMASource的read函數獲取到該時間后，通過計算得出該時間要播放的音頻數據包的起始位置，然后讀取該數據包并傳給WMADecoder對其進行解碼，最后將該解碼后的音頻數據傳給AudioPlayer。

3 實驗結果
    基于Android平臺的多媒體系統進行設計的WMA音頻播放，在Android多媒體框架的本地實現核心Stagefright框架里，添加WMA音頻格式。實現Android對WMA音頻格式的支持，使Android手機可以播放WMA音頻格式的文件。經過實際測試，播放效果達到了預期的要求，聲音清晰、音質好。圖4為增加WMA音頻播放模塊后Android源碼編譯結果的截圖。圖5為播放WMA格式文件時對播放界面的截圖。圖6為拉動滾動條后正常運行的截圖。

4 結束語
    基于Android多媒體模塊中的Stagefright框架，在智能手機上實現了對WMA音頻格式的支持，使Android智能手機可以播放WMA音頻格式的媒體文件或流媒體。該設計在現有基礎上實現了對Android操作系統中多媒體系統功能的增強。目前Android平臺手機仍然不支持RMVB、WAV等視頻格式，所以Android多媒體系統的功能還需繼續增強和擴展。