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一、前序
這里了解一下各個參數(shù)的含義以及一些基本概念。
聲音是連續(xù)模擬量，計算機(jī)將它離散化之后用數(shù)字表示，就有了以下幾個名詞術(shù)語。
樣本長度(sample)：樣本是記錄音頻數(shù)據(jù)最基本的單位，計算機(jī)對每個通道采樣量化時數(shù)字比特位數(shù)，常見的有8位和16位。
通道數(shù)(channel)：該參數(shù)為1表示單聲道，2則是立體聲。
幀(frame)：幀記錄了一個聲音單元，其長度為樣本長度與通道數(shù)的乘積，一段音頻數(shù)據(jù)就是由苦干幀組成的。
采樣率(rate)：每秒鐘采樣次數(shù)，該次數(shù)是針對幀而言，常用的采樣率如8KHz的人聲， 44.1KHz的mp3音樂, 96Khz的藍(lán)光音頻。
周期(period)：音頻設(shè)備一次處理所需要的楨數(shù)，對于音頻設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問以及音頻數(shù)據(jù)的存儲，都是以此為單位。
交錯模式(interleaved)：是一種音頻數(shù)據(jù)的記錄方式
在交錯模式下，數(shù)據(jù)以連續(xù)楨的形式存放，即首先記錄完楨1的左聲道樣本和右聲道樣本（假設(shè)為立體聲格式），再開始楨2的記錄。
而在非交錯模式下，首先記錄的是一個周期內(nèi)所有楨的左聲道樣本，再記錄右聲道樣本，數(shù)據(jù)是以連續(xù)通道的方式存儲。
不過多數(shù)情況下，我們只需要使用交錯模式就可以了。
period(周期):?硬件中中斷間的間隔時間。它表示輸入延時。
比特率（Bits Per Second）：比特率表示每秒的比特數(shù)，比特率=采樣率×通道數(shù)×樣本長度
1、ALSA聲音編程介紹
ALSA表示高級Linux聲音體系結(jié)構(gòu)(Advanced Linux Sound Architecture)。
它由一系列內(nèi)核驅(qū)動，應(yīng)用程序編譯接口(API)以及支持Linux下聲音的實(shí)用程序組成。
這篇文章里，我將簡單介紹 ALSA項目的基本框架以及它的軟件組成。主要集中介紹PCM接口編程，包括您可以自動實(shí)踐的程序示例。
您使用ALSA的原因可能就是因為它很新，但它并不是唯一可用的聲音API。如果您想完成低級的聲音操作，以便能夠最大化地控制聲音并最大化地提高性能，或者如果您使用其它聲音API沒有的特性，那么ALSA是很好的選擇。如果您已經(jīng)寫了一個音頻程序，你可能想要為ALSA聲卡驅(qū)動添加本地支持。如果您對音頻不感興趣，只是想播放音頻文件，那么高級的API將是更好的選擇，比如SDL,OpenAL以及那些桌面環(huán)境提供的工具集。另外，您只能在有ALSA 支持的Linux環(huán)境中使用ALSA。
2、ALSA歷史
ALSA項目發(fā)起的起因是Linux下的聲卡驅(qū)動(OSS/Free drivers)沒有得到積極的維護(hù)。并且落后于新的聲卡技術(shù)。Jaroslav Kysela早先寫了一個聲卡驅(qū)動，并由此開始了ALSA項目，隨便，更多的開發(fā)者加入到開發(fā)隊伍中，更多的聲卡得到支持，API的結(jié)構(gòu)也得到了重組。
Linux內(nèi)核2.5在開發(fā)過程中，ALSA被合并到了官方的源碼樹中。在發(fā)布內(nèi)核2.6后，ALSA已經(jīng)內(nèi)建在穩(wěn)定的內(nèi)核版本中并將廣泛地使用。
3、數(shù)字音頻基礎(chǔ)
聲音由變化的氣壓組成。它被麥克風(fēng)這樣的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電子形式。
模/數(shù)(ADC)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)換成離散的樣本值。
聲音以固定的時間間隔被采樣，采樣的速率稱為采樣率。把樣本輸出到數(shù)/模(DAC)轉(zhuǎn)換器，比如擴(kuò)音器，最后轉(zhuǎn)換成原來的模擬信號。
樣本大小以位來表示。樣本大小是影響聲音被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的精確程度的因素之一。
另一個主要的因素是采樣率。奈奎斯特(Nyquist)理論中，只要離散系統(tǒng)的奈奎斯特頻率高于采樣信號的最高頻率或帶寬，就可以避免混疊現(xiàn)象。
4、ALSA基礎(chǔ)
ALSA由許多聲卡的聲卡驅(qū)動程序組成，同時它也提供一個稱為libasound的API庫。
應(yīng)用程序開發(fā)者應(yīng)該使用libasound而不是內(nèi)核中的 ALSA接口。因為libasound提供最高級并且編程方便的編程接口。并且提供一個設(shè)備邏輯命名功能，這樣開發(fā)者甚至不需要知道類似設(shè)備文件這樣的低層接口。
相反，OSS/Free驅(qū)動是在內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用級上編程，它要求開發(fā)者提供設(shè)備文件名并且利用ioctrl來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
為了向后兼容，ALSA提供內(nèi)核模塊來模擬OSS，這樣之前的許多在OSS基礎(chǔ)上開發(fā)的應(yīng)用程序不需要任何改動就可以在ALSA上運(yùn)行。另外，libaoss庫也可以模擬OSS，而它不需要內(nèi)核模塊。
ALSA包含插件功能，使用插件可以擴(kuò)展新的聲卡驅(qū)動，包括完全用軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬聲卡。ALSA提供一系列基于命令行的工具集，比如混音器(mixer)，音頻文件播放器(aplay)，以及控制特定聲卡特定屬性的工具。
5、ALSA體系結(jié)構(gòu)
ALSA API可以分解成以下幾個主要的接口：
1 控制接口：提供管理聲卡注冊和請求可用設(shè)備的通用功能
2 PCM接口：管理數(shù)字音頻回放(playback)和錄音(capture)的接口。本文后續(xù)總結(jié)重點(diǎn)放在這個接口上，因為它是開發(fā)數(shù)字音頻程序最常用到的接口。
3 Raw MIDI接口:支持MIDI(Musical Instrument Digital Interface),標(biāo)準(zhǔn)的電子樂器。這些API提供對聲卡上MIDI總線的訪問。這個原始接口基于MIDI事件工作，由程序員負(fù)責(zé)管理協(xié)議以及時間處理。
4 定時器(Timer)接口：為同步音頻事件提供對聲卡上時間處理硬件的訪問。
5 時序器(Sequencer)接口
6 混音器(Mixer)接口
6、設(shè)備命名
API庫使用邏輯設(shè)備名而不是設(shè)備文件。設(shè)備名字可以是真實(shí)的硬件名字也可以是插件名字。硬件名字使用hw:i,j這樣的格式。其中i是卡號，j是這塊聲卡上的設(shè)備號。
第一個聲音設(shè)備是hw:0,0.這個別名默認(rèn)引用第一塊聲音設(shè)備并且在本文示例中一真會被用到。
插件使用另外的唯一名字，比如 plughw:,表示一個插件，這個插件不提供對硬件設(shè)備的訪問，而是提供像采樣率轉(zhuǎn)換這樣的軟件特性，硬件本身并不支持這樣的特性。
7、聲音緩存和數(shù)據(jù)傳輸
每個聲卡都有一個硬件緩存區(qū)來保存記錄下來的樣本。
當(dāng)緩存區(qū)足夠滿時，聲卡將產(chǎn)生一個中斷。
內(nèi)核聲卡驅(qū)動然后使用直接內(nèi)存(DMA)訪問通道將樣本傳送到內(nèi)存中的應(yīng)用程序緩存區(qū)。類似地，對于回放，任何應(yīng)用程序使用DMA將自己的緩存區(qū)數(shù)據(jù)傳送到聲卡的硬件緩存區(qū)中。
這樣硬件緩存區(qū)是環(huán)緩存。也就是說當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)緩存區(qū)末尾時將重新回到緩存區(qū)的起始位置。
ALSA維護(hù)一個指針來指向硬件緩存以及應(yīng)用程序緩存區(qū)中數(shù)據(jù)操作的當(dāng)前位置。
從內(nèi)核外部看，我們只對應(yīng)用程序的緩存區(qū)感興趣，所以本文只討論應(yīng)用程序緩存區(qū)。
應(yīng)用程序緩存區(qū)的大小可以通過ALSA庫函數(shù)調(diào)用來控制。
緩存區(qū)可以很大，一次傳輸操作可能會導(dǎo)致不可接受的延遲，我們把它稱為延時(latency)。
為了解決這個問題，ALSA將緩存區(qū)拆分成一系列周期(period)(OSS/Free中叫片斷fragments).ALSA以period為單元來傳送數(shù)據(jù)。
一個周期(period)存儲一些幀(frames)。每一幀包含時間上一個點(diǎn)所抓取的樣本。對于立體聲設(shè)備，一個幀會包含兩個信道上的樣本。
分解過程：一個緩存區(qū)分解成周期，然后是幀，然后是樣本。
左右信道信息被交替地存儲在一個幀內(nèi)。這稱為交錯 (interleaved)模式。
在非交錯模式中，一個信道的所有樣本數(shù)據(jù)存儲在另外一個信道的數(shù)據(jù)之后。
8、Over and Under Run
當(dāng)一個聲卡活動時，數(shù)據(jù)總是連續(xù)地在硬件緩存區(qū)和應(yīng)用程序緩存區(qū)間傳輸。
但是也有例外。
在錄音例子中，如果應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)不夠快，循環(huán)緩存區(qū)將會被新的數(shù)據(jù)覆蓋。這種數(shù)據(jù)的丟失被稱為"over?? run".
在回放例子中，如果應(yīng)用程序?qū)懭霐?shù)據(jù)到緩存區(qū)中的速度不夠快，緩存區(qū)將會"餓死"。這樣的錯誤被稱為"under?? run"。
在ALSA文檔中，有時將這兩種情形統(tǒng)稱為"XRUN"。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計應(yīng)用程序可以最小化XRUN并且可以從中恢復(fù)過來。
XRUN狀態(tài)又分有兩種，在播放時，用戶空間沒及時寫數(shù)據(jù)導(dǎo)致緩沖區(qū)空了，硬件沒有 可用數(shù)據(jù)播放導(dǎo)致"under?? run"; 錄制時，用戶空間沒有及時讀取數(shù)據(jù)導(dǎo)致緩沖區(qū)滿后溢出， 硬件錄制的數(shù)據(jù)沒有空閑緩沖可寫導(dǎo)致"over?? run".?
當(dāng)用戶空間由于系統(tǒng)繁忙等原因，導(dǎo)致hw_ptr>appl_ptr時，緩沖區(qū)已空，內(nèi)核這里有兩種方案：?
停止DMA傳輸，進(jìn)入XRUN狀態(tài)。這是內(nèi)核默認(rèn)的處理方法。?繼續(xù)播放緩沖區(qū)的重復(fù)的音頻數(shù)據(jù)或靜音數(shù)據(jù)。?
用戶空間配置stop_threshold可選擇方案1或方案2,配置silence_threshold選擇繼 續(xù)播放的原有的音頻數(shù)據(jù)還是靜意數(shù)據(jù)了。個人經(jīng)驗，偶爾的系統(tǒng)繁忙導(dǎo)致的這種狀態(tài)， 重復(fù)播放原有的音頻數(shù)據(jù)會顯得更平滑，效果更好。?
9、音頻參數(shù)（ALSA 用戶空間之 TinyAlsa）
TinyAlsa是 Android 默認(rèn)的 alsalib, 封裝了內(nèi)核 ALSA 的接口，用于簡化用戶空 間的 ALSA 編程。
合理的pcm_config可以做到更好的低時延和功耗，移動設(shè)備的開發(fā)優(yōu)為敏感。
struct pcm_config { unsigned int channels; unsigned int rate; unsigned int period_size; unsigned int period_count; enum pcm_format format; unsigned int start_threshold; unsigned int stop_threshold; unsigned int silence_threshold; int avail_min;};
解釋一下結(jié)構(gòu)中的各個參數(shù)，每個參數(shù)的單位都是frame(1幀 = 通道*采樣位深)：
period_size. 每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度。值越小，時延越小，cpu占用就越高。
period_count. 緩之沖區(qū)period的個數(shù)。緩沖區(qū)越大，發(fā)生XRUN的機(jī)會就越少。
format. 定義數(shù)據(jù)格式，如采樣位深，大小端。
start_threshold. 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)超過該值時，硬件開始啟動數(shù)據(jù)傳輸。如果太大， 從開始播放到聲音出來時延太長，甚至可導(dǎo)致太短促的聲音根本播不出來;如果太小， 又可能容易導(dǎo)致XRUN.
stop_threshold. 緩沖區(qū)空閑區(qū)大于該值時，硬件停止傳輸。默認(rèn)情況下，這個數(shù) 為整個緩沖區(qū)的大小，即整個緩沖區(qū)空了，就停止傳輸。但偶爾的原因?qū)е戮彌_區(qū)空， 如CPU忙，增大該值，繼續(xù)播放緩沖區(qū)的歷史數(shù)據(jù)，而不關(guān)閉再啟動硬件傳輸(一般此 時有明顯的聲音卡頓)，可以達(dá)到更好的體驗。
silence_threshold. 這個值本來是配合stop_threshold使用，往緩沖區(qū)填充靜音 數(shù)據(jù)，這樣就不會重播歷史數(shù)據(jù)了。但如果沒有設(shè)定silence_size,這個值會生效嗎？ 求解？？
avail_min. 緩沖區(qū)空閑區(qū)大于該值時，pcm_mmap_write()才往緩沖寫數(shù)據(jù)。這個 值越大，往緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的次數(shù)就越少，面臨XRUN的機(jī)會就越大。Android samsung tuna 設(shè)備在screen_off時增大該值以減小功耗，在screen_on時減小該 值以減小XRUN的機(jī)會。
在不同的場景下，合理的參數(shù)就是在性能、時延、功耗等之間達(dá)到較好的平衡。
有朋友問為什么在pcm_write()/pcm_mmap_write()，而不在pcm_open()調(diào)用pcm_start()? 這是因為音頻流與其它的數(shù)據(jù)不同，實(shí)時性要求很高。作為 TinyAlsa的實(shí)現(xiàn)者，不能假定在調(diào)用者open之后及時的write數(shù)據(jù)，所以只能在有 數(shù)據(jù)寫入的時候start設(shè)備了。
Mixer的實(shí)現(xiàn)很明了，通過ioctl()調(diào)用訪問kcontrols.
10、一個典型的聲音程序
1 使用PCM的程序通常類似下面的偽代碼：
2 打開回放或錄音接口
3 設(shè)置硬件參數(shù)(訪問模式，數(shù)據(jù)格式，信道數(shù)，采樣率，等等)
4 while 有數(shù)據(jù)要被處理：
5 讀PCM數(shù)據(jù)(錄音)?或 寫PCM數(shù)據(jù)(回放)
6 關(guān)閉接口
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三、實(shí)例
1、顯示了一些ALSA使用的PCM數(shù)據(jù)類型和參數(shù)。
#include int main() { int val; printf("ALSA library version: %s\n", SND_LIB_VERSION_STR); printf("\nPCM stream types:\n"); for (val = 0; val <= SND_PCM_STREAM_LAST; val++) printf(" %s\n", snd_pcm_stream_name((snd_pcm_stream_t)val)); printf("\nPCM access types:\n"); for (val = 0; val <= SND_PCM_ACCESS_LAST; val++) { printf(" %s\n", snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val)); } printf("\nPCM formats:\n"); for (val = 0; val <= SND_PCM_FORMAT_LAST; val++) { if (snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val)!= NULL) { printf(" %s (%s)\n", snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val), snd_pcm_format_description( (snd_pcm_format_t)val)); } } printf("\nPCM subformats:\n"); for (val = 0; val <= SND_PCM_SUBFORMAT_LAST;val++) { printf(" %s (%s)\n", snd_pcm_subformat_name(( snd_pcm_subformat_t)val), snd_pcm_subformat_description(( snd_pcm_subformat_t)val)); } printf("\nPCM states:\n"); for (val = 0; val <= SND_PCM_STATE_LAST; val++) printf(" %s\n", snd_pcm_state_name((snd_pcm_state_t)val)); return 0;}
首先需要做的是包括頭文件。這些頭文件包含了所有庫函數(shù)的聲明。其中之一就是顯示ALSA庫的版本。
這個程序剩下的部分的迭代一些PCM數(shù)據(jù)類型，以流類型開始。ALSA為每次迭代的最后值提供符號常量名，并且提供功能函數(shù)以顯示某個特定值的描述字符串。你將會看到，ALSA支持許多格式，在我的1.0.15版本里，支持多達(dá)36種格式。
這個程序必須鏈接到alsalib庫，通過在編譯時需要加上-lasound選項。有些alsa庫函數(shù)使用dlopen函數(shù)以及浮點(diǎn)操作，所以您可能還需要加上-ldl,-lm選項。
編譯：gcc -o main test.c -lasound
2、打開默認(rèn)的PCM設(shè)備，設(shè)置一些硬件參數(shù)并且打印出最常用的硬件參數(shù)值
Int32 Audio_alsaSetparams(Alsa_Env *pEnv, int verbose){ Int32 err = 0; Uint32 rate, n; snd_pcm_t *handle; snd_output_t *log; snd_pcm_hw_params_t *params; snd_pcm_sw_params_t *swparams; snd_pcm_uframes_t buffer_size; snd_pcm_uframes_t start_threshold, stop_threshold; unsigned int buffer_time, period_time; handle = pEnv->handle; err = snd_output_stdio_attach(&log, stderr, 0); OSA_assert(err >= 0); snd_pcm_hw_params_alloca(¶ms); snd_pcm_sw_params_alloca(&swparams); err = snd_pcm_hw_params_any(handle, params); if (err < 0) { AUD_DEVICE_PRINT_ERROR_AND_RETURN("Broken configuration for this PCM:" "no configurations available(%s)\n", err, handle); } err = snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); if (err < 0) { AUD_DEVICE_PRINT_ERROR_AND_RETURN("cannot set access type (%s)\n", err, handle); } err = snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, pEnv->format); if (err < 0) { AUD_DEVICE_PRINT_ERROR_AND_RETURN("cannot set sample format (%s)\n", err, handle); } err = snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, pEnv->channels); if (err < 0) { AUD_DEVICE_PRINT_ERROR_AND_RETURN("cannot set channel count (%s)\n", err, handle); } rate = pEnv->rate; err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &pEnv->rate, 0); OSA_assert(err >= 0); if ((float)rate * 1.05 < pEnv->rate || (float)rate * 0.95 > pEnv->rate) { fprintf(stderr, "Warning: rate is not accurate" "(requested = %iHz, got = %iHz)\n", rate, pEnv->rate); } rate = pEnv->rate; /* following setting of period size is done only for AIC3X. Leaving default for HDMI */ if (pEnv->resample) { /* Restrict a configuration space to contain only real hardware rates. */ snd_pcm_hw_params_set_rate_resample(handle, params, 1); } buffer_time = 0; period_time = 0; if (pEnv->periods == 0) { err = snd_pcm_hw_params_get_buffer_time_max(params, &buffer_time, 0); OSA_assert(err >= 0); /* in microsecond */ if (buffer_time > 500000) buffer_time = 500000; /* 500ms */ } if (buffer_time > 0) period_time = buffer_time / 4; if (period_time > 0) err = snd_pcm_hw_params_set_period_time_near(handle, params, &period_time, 0); else err = snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &pEnv->periods, 0); OSA_assert(err >= 0); if (period_time > 0) { err = snd_pcm_hw_params_set_buffer_time_near(handle, params, &buffer_time, 0); } else { buffer_size = pEnv->periods * 4; err = snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(handle, params, &buffer_size); } OSA_assert(err >= 0); err = snd_pcm_hw_params(handle, params); if (err < 0) { fprintf(stderr, "cannot set alsa hw parameters %d\n", err); return err; } /* Get alsa interrupt duration */ snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &pEnv->periods, 0); snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params, &buffer_size); if (pEnv->periods == buffer_size) { fprintf(stderr, "Can't use period equal to buffer size (%lu == %lu)\n", pEnv->periods, buffer_size); return -1; } /* set software params */ snd_pcm_sw_params_current(handle, swparams); n = pEnv->periods; /* set minimum avil size -> 1 period size */ err = snd_pcm_sw_params_set_avail_min(handle, swparams, n); OSA_assert(err >= 0); n = buffer_size; /* in microsecond -> divide 1000000 */ if (pEnv->start_delay <= 0) start_threshold = n + (double)rate * pEnv->start_delay / 1000000; else start_threshold = (double)rate * pEnv->start_delay / 1000000; if (start_threshold < 1) start_threshold = 1; if (start_threshold > n) start_threshold = n; /* set pcm auto start condition */ err = snd_pcm_sw_params_set_start_threshold(handle, swparams, start_threshold); OSA_assert(err >= 0); /* in microsecond -> divide 1000000 */ if (pEnv->stop_delay <= 0) stop_threshold = buffer_size + (double)rate * pEnv->stop_delay / 1000000; else stop_threshold = (double)rate * pEnv->stop_delay / 1000000; err = snd_pcm_sw_params_set_stop_threshold(handle, swparams, stop_threshold); OSA_assert(err >= 0); err = snd_pcm_sw_params(handle, swparams); if (err < 0) { fprintf(stderr, "unable to install sw params\n"); return err; } if (verbose) snd_pcm_dump(handle, log); snd_output_close(log); return err;}
1）snd_pcm_open打開默認(rèn)的PCM 設(shè)備并設(shè)置訪問模式為PLAYBACK。這個函數(shù)返回一個句柄，這個句柄保存在第一個函數(shù)參數(shù)中。該句柄會在隨后的函數(shù)中用到。像其它函數(shù)一樣，這個函數(shù)返回一個整數(shù)。
2）如果返回值小于0,則代碼函數(shù)調(diào)用出錯。如果出錯，我們用snd_errstr打開錯誤信息并退出。
3）為了設(shè)置音頻流的硬件參數(shù)，我們需要分配一個類型為snd_pcm_hw_param的變量。分配用到函數(shù)宏 snd_pcm_hw_params_alloca。
4）下一步，我們使用函數(shù)snd_pcm_hw_params_any來初始化這個變量，傳遞先前打開的 PCM流句柄。
5）接下來，我們調(diào)用API來設(shè)置我們所需的硬件參數(shù)。
這些函數(shù)需要三個參數(shù)：PCM流句柄，參數(shù)類型，參數(shù)值。
我們設(shè)置流為交錯模式，16位的樣本大小，2 個信道，44100bps的采樣率。
對于采樣率而言，聲音硬件并不一定就精確地支持我們所定的采樣率，但是我們可以使用函數(shù) snd_pcm_hw_params_set_rate_near來設(shè)置最接近我們指定的采樣率的采樣率。
其實(shí)只有當(dāng)我們調(diào)用函數(shù) snd_pcm_hw_params后，硬件參數(shù)才會起作用。
6）程序的剩余部分獲得并打印一些PCM流參數(shù)，包括周期和緩沖區(qū)大小。結(jié)果可能會因為聲音硬件的不同而不同。
運(yùn)行該程序后，做實(shí)驗，改動一些代碼。把設(shè)備名字改成hw：0,0,然后看結(jié)果是否會有變化。設(shè)置不同的硬件參數(shù)然后觀察結(jié)果的變化。
3、添加聲音回放
/*This example reads standard from input and writesto the default PCM device for 5 seconds of data.*//* Use the newer ALSA API */#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API#include int main() { long loops; int rc; int size; snd_pcm_t *handle; snd_pcm_hw_params_t *params; unsigned int val; int dir; snd_pcm_uframes_t frames; char *buffer; /* Open PCM device for playback. */ rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0); if (rc < 0) { fprintf(stderr,"unable to open pcm device: %s\n",snd_strerror(rc)); exit(1); } /* Allocate a hardware parameters object. */ snd_pcm_hw_params_alloca(?ms); /* Fill it in with default values. */ snd_pcm_hw_params_any(handle, params); /* Set the desired hardware parameters. */ /* Interleaved mode */ snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); /* Signed 16-bit little-endian format */ snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE); /* Two channels (stereo) */ snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2); /* 44100 bits/second sampling rate (CD quality) */ val = 44100; snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir); /* Set period size to 32 frames. */ frames = 32; snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &frames, &dir); /* Write the parameters to the driver */ rc = snd_pcm_hw_params(handle, params); if (rc < 0) { fprintf(stderr, "unable to set hw parameters: %s\n", snd_strerror(rc)); exit(1); } /* Use a buffer large enough to hold one period */ snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir); size = frames * 4; /* 2 bytes/sample, 2 channels */ buffer = (char *) malloc(size); /* We want to loop for 5 seconds */ snd_pcm_hw_params_get_period_time(params,&val, &dir); /* 5 seconds in microseconds divided by * period time */ loops = 5000000 / val; while (loops > 0) //循環(huán)錄音 5 s { loops--; rc = read(0, buffer, size); if (rc == 0) //沒有讀取到數(shù)據(jù) { fprintf(stderr, "end of file on input\n"); break; } else if (rc != size)//實(shí)際讀取 的數(shù)據(jù) 小于 要讀取的數(shù)據(jù) { fprintf(stderr,"short read: read %d bytes\n", rc); } rc = snd_pcm_writei(handle, buffer, frames);//寫入聲卡 （放音） if (rc == -EPIPE) { /* EPIPE means underrun */ fprintf(stderr, "underrun occurred\n"); snd_pcm_prepare(handle); } else if (rc < 0) { fprintf(stderr,"error from writei: %s\n",snd_strerror(rc)); } else if (rc != (int)frames) { fprintf(stderr,"short write, write %d frames\n", rc); } } snd_pcm_drain(handle); snd_pcm_close(handle); free(buffer); return 0;}
在這個例子中，我們從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取數(shù)據(jù)，每個周期讀取足夠多的數(shù)據(jù)，然后將它們寫入到聲卡中，直到5秒鐘的數(shù)據(jù)全部傳輸完畢。
這個程序的開始處和之前的版本一樣---打開PCM設(shè)備、設(shè)置硬件參數(shù)。我們使用由ALSA自己選擇的周期大小，申請該大小的緩沖區(qū)來存儲樣本。然后我們找出周期時間，這樣我們就能計算出本程序為了能夠播放5秒鐘，需要多少個周期。
在處理數(shù)據(jù)的循環(huán)中，我們從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀入數(shù)據(jù)，并往緩沖區(qū)中填充一個周期的樣本。然后檢查并處理錯誤，這些錯誤可能是由到達(dá)文件結(jié)尾，或讀取的數(shù)據(jù)長度與我期望的數(shù)據(jù)長度不一致導(dǎo)致的。
我們調(diào)用snd_pcm_writei來發(fā)送數(shù)據(jù)。它操作起來很像內(nèi)核的寫系統(tǒng)調(diào)用，只是這里的大小參數(shù)是以幀來計算的。我們檢查其返回代碼值。返回值為EPIPE表明發(fā)生了underrun，使得PCM音頻流進(jìn)入到XRUN狀態(tài)并停止處理數(shù)據(jù)。從該狀態(tài)中恢復(fù)過來的標(biāo)準(zhǔn)方法是調(diào)用snd_pcm_prepare()函數(shù)，把PCM流置于PREPARED狀態(tài)，這樣下次我們向該P(yáng)CM流中數(shù)據(jù)時，它就能重新開始處理數(shù)據(jù)。如果我們得到的錯誤碼不是EPIPE，我們把錯誤碼打印出來，然后繼續(xù)。最后，如果寫入的幀數(shù)不是我們期望的，則打印出錯誤消息。 ? ? ?
這個程序一直循環(huán)，直到5秒鐘的幀全部傳輸完，或者輸入流讀到文件結(jié)尾。然后我們調(diào)用snd_pcm_drain把所有掛起沒有傳輸完的聲音樣本傳輸完全，最后關(guān)閉該音頻流，釋放之前動態(tài)分配的緩沖區(qū)，退出。 ? ? ? ?
我們可以看到這個程序沒有什么用，除非標(biāo)準(zhǔn)輸入被重定向到了其它其它的文件。
嘗試用設(shè)備/dev/urandom來運(yùn)行這個程序，該設(shè)備產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)：
./example3 ? ?
隨機(jī)數(shù)據(jù)會產(chǎn)生5秒鐘的白色噪聲。 ? ? ? ?
然后，嘗試把標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向到設(shè)備/dev/null和/dev/zero上，并比較結(jié)果。改變一些參數(shù)，例如采樣率和數(shù)據(jù)格式，然后查看結(jié)果的變化。
4、添加錄音
/*This example reads from the default PCM deviceand writes to standard output for 5 seconds of data.*//* Use the newer ALSA API */#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API#include int main() {long loops;int rc;int size;snd_pcm_t *handle;snd_pcm_hw_params_t *params;unsigned int val;int dir;snd_pcm_uframes_t frames;char *buffer;/* Open PCM device for recording (capture). */rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);if (rc < 0) { fprintf(stderr, "unable to open pcm device: %s\n", snd_strerror(rc)); exit(1);}/* Allocate a hardware parameters object. */snd_pcm_hw_params_alloca(?ms);/* Fill it in with default values. */snd_pcm_hw_params_any(handle, params);/* Set the desired hardware parameters. *//* Interleaved mode */snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);/* Signed 16-bit little-endian format */snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);/* Two channels (stereo) */snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2);/* 44100 bits/second sampling rate (CD quality) */val = 44100;snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir);/* Set period size to 32 frames. */frames = 32;snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &frames, &dir);/* Write the parameters to the driver */rc = snd_pcm_hw_params(handle, params);if (rc < 0) { fprintf(stderr, "unable to set hw parameters: %s\n", snd_strerror(rc)); exit(1);}/* Use a buffer large enough to hold one period */snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);size = frames * 4; /* 2 bytes/sample, 2 channels */buffer = (char *) malloc(size);/* We want to loop for 5 seconds */snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);loops = 5000000 / val;while (loops > 0) { loops--; rc = snd_pcm_readi(handle, buffer, frames); if (rc == -EPIPE) { /* EPIPE means overrun */ fprintf(stderr, "overrun occurred\n"); snd_pcm_prepare(handle); } else if (rc < 0) { fprintf(stderr, "error from read: %s\n", snd_strerror(rc)); } else if (rc != (int)frames) { fprintf(stderr, "short read, read %d frames\n", rc); } rc = write(1, buffer, size); if (rc != size) fprintf(stderr, "short write: wrote %d bytes\n", rc);}snd_pcm_drain(handle);snd_pcm_close(handle);free(buffer);return 0;}
當(dāng)打開PCM設(shè)備時我們指定打開模式為SND_PCM_STREAM_CPATURE。在主循環(huán)中，我們調(diào)用snd_pcm_readi()從聲卡中讀取數(shù)據(jù)，并把它們寫入到標(biāo)準(zhǔn)輸出。同樣地，我們檢查是否有overrun，如果存在，用與前例中相同的方式處理。
運(yùn)行清單4的程序?qū)浿茖⒔?秒鐘的聲音數(shù)據(jù)，并把它們發(fā)送到標(biāo)準(zhǔn)輸出。你也可以重定向到某個文件。如果你有一個麥克風(fēng)連接到你的聲卡，可以使用某個混音程序(mixer)設(shè)置錄音源和級別。同樣地，你也可以運(yùn)行一個CD播放器程序并把錄音源設(shè)成CD。
運(yùn)行程序4并把輸出定向到某個文件，然后運(yùn)行程序 3播放該文件里的聲音數(shù)據(jù)：
./listing4 ? > sound.raw
./listing3 ? < sound.raw
如果你的聲卡支持全雙工，你可以通過管道把兩個程序連接起來，這樣就可以從聲卡中聽到錄制的聲音：
./listing4 | ./listing3
同樣地，您可以做實(shí)驗，看看采樣率和樣本格式的變化會產(chǎn)生什么影響。
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四、高級特性
在前面的例子中，PCM流是以阻塞模式操作的，也就是說，直到數(shù)據(jù)已經(jīng)傳送完，PCM接口調(diào)用才會返回。在事件驅(qū)動的交互式程序中，這樣會長時間阻塞應(yīng)用程序，通常是不能接受的。
ALSA支持以非阻塞模式打開音頻流，這樣讀寫函數(shù)調(diào)用后立即返回。如果數(shù)據(jù)傳輸被掛起，調(diào)用不能被處理，ALSA就是返回一個 EBUSY的錯誤碼。
許多圖形應(yīng)用程序使用回調(diào)來處理事件。ALSA支持以異步的方式打開一個PCM音頻流。這使得當(dāng)某個周期的樣本數(shù)據(jù)被傳輸完后，某個已注冊的回調(diào)函數(shù)將會調(diào)用。
這里用到的snd_pcm_readi()和snd_pcm_writei()調(diào)用和Linux下的讀寫系統(tǒng)調(diào)用類似。
字母i表示處理的幀是交錯式 (interleaved)的。ALSA中存在非交互模式的對應(yīng)的函數(shù)。
Linux下的許多設(shè)備也支持mmap系統(tǒng)調(diào)用，這個調(diào)用將設(shè)備內(nèi)存映射到主內(nèi)存，這樣數(shù)據(jù)就可以用指針來維護(hù)。
ALSA也運(yùn)行以mmap模式打開一個PCM信道，這允許有效的零拷貝(zero copy)方式訪問聲音數(shù)據(jù)。
最后，我希望這篇文章能夠激勵你嘗試編寫某些ALSA程序。伴隨著2.6內(nèi)核在Linux發(fā)布版本(distributions)中被廣泛地使用，ALSA也將被廣泛地采用。它的高級特征將幫助Linux音頻程序更好地向前發(fā)展。
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工商網(wǎng)監(jiān)
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