period(
週期):硬體中中斷間的間隔時間。它表示輸入延時。
音效卡介面中有一個指標來指示音效卡硬體緩存區中當前的讀寫位置。只要介面在運行,這個指標將迴圈地指向緩存區中的某個位置。
frame size = sizeof(one sample) * nChannels
alsa
中配置的緩存(buffer)和週期(size)大小在runtime中是以(frames)形式存儲的。
period_bytes = frames_to_bytes(runtime, runtime->period_size);
bytes_to_frames()

The period and buffer sizes are not dependent on the sample format because they are measured in frames; you do not need to change them.

ALSA
聲音編程介紹
ALSA
表示高級Linux聲音體系結構(Advanced Linux Sound Architecture)。它由一系列內核驅動,應用程式編譯介面(API)以及支援Linux下聲音的實用程式組成。這篇文章裏,我將簡單介紹 ALSA項目的基本框架以及它的軟體組成。主要集中介紹PCM介面編程,包括您可以自動實踐的程式示例。

您使用ALSA的原因可能就是因為它很新,但它並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並最大化地提高性能, 或者如果您使用其他聲音API沒有的特性,那麼ALSA是很好的選擇。如果您已經寫了一個音頻程式,你可能想要為ALSA音效卡驅動添加本地支援。如果您對 音頻不感興趣,只是想播放音頻檔,那麼高級的API將是更好的選擇,比如SDL,OpenAL以及那些桌面環境提供的工具集。另外,您只能在有ALSA 支援的Linux環境中使用ALSA

ALSA
歷史
ALSA
專案發起的起因是Linux下的音效卡驅動(OSS/Free drivers)沒有得到積極的維護。並且落後於新的音效卡技術。Jaroslav Kysela早先寫了一個音效卡驅動,並由此開始了ALSA專案,隨便,更多的開發者加入到開發隊伍中,更多的音效卡得到支援,API的結構也得到了重組。

Linux
內核2.5在開發過程中,ALSA被合併到了官方的源碼樹中。在發佈內核2.6後,ALSA已經內建在穩定的內核版本中並將廣泛地使用。

數位音頻基礎
聲音由變化的氣壓組成。它被麥克風這樣的轉換器轉換成電子形式。模/(ADC)轉換器將類比電壓轉換成離散的樣本值。聲音以固定的時間間隔被採樣,採樣的速率稱為採樣率。把樣本輸出到數/(DAC)轉換器,比如擴音器,最後轉換成原來的類比信號。
樣本大小以位元來表示。樣本大小是影響聲音被轉換成數位信號的精確程度的因素之一。另一個主要的因素是採樣率。奈奎斯特(Nyquist)理論中,只要離散系統的奈奎斯特頻率高於採樣信號的最高頻率或帶寬,就可以避免混疊現象。

ALSA
基礎
ALSA
由許多音效卡的音效卡驅動程式組成,同時它也提供一個稱為libasoundAPI庫。應用程式開發者應該使用libasound而不是內核中的 ALSA介面。因為libasound提供最高級並且編程方便的編程介面。並且提供一個設備邏輯命名功能,這樣開發者甚至不需要知道類似設備檔這樣的低 層介面。相反,OSS/Free驅動是在內核系統調用級上編程,它要求開發者提供設備檔案名並且利用ioctrl來實現相應的功能。為了向後兼 容,ALSA提供內核模組來類比OSS,這樣之前的許多在OSS基礎上開發的應用程式不需要任何改動就可以在ALSA上運行。另外,libaoss庫也可 以模擬OSS,而它不需要內核模組。
ALSA
包含插件功能,使用插件可以擴展新的音效卡驅動,包括完全用軟體實現的虛擬音效卡。ALSA提供一系列基於命令行的工具集,比如混音器(mixer),音頻檔播放器(aplay),以及控制特定音效卡特定屬性的工具。

ALSA
體系結構
ALSA API
可以分解成以下幾個主要的介面:
1
控制介面:提供管理音效卡註冊和請求可用設備的通用功能
2 PCM
介面:管理數位音頻重播(playback)和錄音(capture)的介面。本文後續總結重點放在這個介面上,因為它是開發數位音頻程式最常用到的介面。
3 Raw MIDI
介面:支援MIDI(Musical Instrument Digital Interface),標準的電子樂器。這些API提供對音效卡上MIDI匯流排的訪問。這個原始介面基於MIDI事件工作,由程式師負責管理協議以及時間處理。
4
計時器(Timer)介面:為同步音頻事件提供對音效卡上時間處理硬體的訪問。
5
時序器(Sequencer)介面
6
混音器(Mixer)介面

設備命名
API
庫使用邏輯設備名而不是設備檔。設備名字可以是真實的硬體名字也可以是插件名字。硬體名字使用hw:i,j這樣的格式。其中i是卡號,j是這塊聲 卡上的設備號。第一個聲音設備是hw:0,0.這個別名默認引用第一塊聲音設備並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體設備的訪問,而是提供像採樣率轉換這樣的軟體特性,硬體本身並不支援這樣的特性。

聲音緩存和資料傳輸
每個音效卡都有一個硬體緩存區來保存記錄下來的樣本。當緩存區足夠滿時,音效卡將產生一個中斷。內核音效卡驅動然後使用直接記憶體(DMA)訪問通道將樣本傳送到記憶體中的應用程式緩存區。類似地,對於重播,任何應用程式使用DMA將自己的緩存區資料傳送到音效卡的硬體緩存區中。
這樣硬體緩存區是環緩存。也就是說當資料到達緩存區末尾時將重新回到緩存區的起始位置。ALSA維護一個指標來指向硬體緩存以及應用程式緩存區中資料操作的當前位置。從內核外部看,我們只對應用程式的緩存區感興趣,所以本文只討論應用程式緩存區。

應用程式緩存區的大小可以通過ALSA庫函數調用來控制。緩存區可以很大,一次傳輸操作可能會導致不可接受的延遲,我們把它稱為延時(latency)。 為了解決這個問題,ALSA將緩存區拆分成一系列週期(period)(OSS/Free中叫片斷fragments).ALSAperiod為單元來 傳送資料。
一個週期(period)存儲一些幀(frames)。每一幀包含時間上一個點所抓取的樣本。對於身歷聲設備,一個幀會包含兩個通道上的樣本。圖1展示了 分解過程:一個緩存區分解成週期,然後是幀,然後是樣本。圖中包含一些假定的數值。圖中左右通道資訊被交替地存儲在一個幀內。這稱為交錯 (interleaved)模式。在非交錯模式中,一個通道的所有樣本資料存儲在另外一個通道的資料之後。

Over and Under Run
當一個音效卡活動時,資料總是連續地在硬體緩存區和應用程式緩存區間傳輸。但是也有例外。在錄音例子中,如果應用程式讀取資料不夠快,迴圈緩存區將會被新的 資料覆蓋。這種資料的丟失被稱為overrun.在重播例子中,如果應用程式寫入資料到緩存區中的速度不夠快,緩存區將會"餓死"。這樣的錯誤被稱 為"underrun"。在ALSA文檔中,有時將這兩種情形統稱為"XRUN"。適當地設計應用程式可以最小化XRUN並且可以從中恢復過來。

一個典型的聲音程式
使用PCM的程式通常類似下面的偽代碼:
打開重播或錄音介面
設置硬體參數(訪問模式,資料格式,通道數,採樣率,等等)
while
有資料要被處理:
   
PCM數據(錄音)
   
或 寫PCM數據(重播)
關閉介面

我們將在下文中看到一些可以工作的代碼。我建議您在你的Linux系統上測試運行這些代碼。查看輸出並嘗試修改推薦的代碼。和本文相關的所有實例清單可以從FTP中獲取:ftp.ssc.com/pub/lj/listings/issue126/6735.tgz

Listing 1. Display Some PCM Types and Formats

#include <alsa/asoundlib.h>

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;
}
清單一顯示了一些ALSA使用的PCM資料類型和參數。首先需要做的是包括頭檔。這些頭檔包含了所有庫函數的聲明。其中之一就是顯示ALSA庫的版本。
這個程式剩下的部分的迭代一些PCM資料類型,以流類型開始。ALSA為每次迭代的最後值提供符號常量名,並且提供功能函數以顯示某個特定值的描述字串。你將會看到,ALSA支持許多格式,在我的1.0.15版本裏,支持多達36種格式。
這個程式必須鏈結到alsalib庫,通過在編譯時需要加上-lasound選項。有些alsa庫函數使用dlopen函數以及浮點操作,所以您可能還需要加上-ldl,-lm選項。
下麵是該程式的Makefile:
CC=gcc
TARGET=test
SRC=$(wildcard *.c)

OBJECT= ${SRC:.c=.o}
INCLUDES=-I/usr/include/alsa
LDFLAGS=-lasound

all:$(TARGET)

$(OBJECT):$(SRC)
    $(CC) -c $(INCLUDES) $<

$(TARGET):$(OBJECT)
    $(CC) -o $@ $< $(LDFLAGS)

.PHONY:clean

clean:
    @rm -rf $(OBJECT) $(TARGET) *~
   

Listing 2. Opening PCM Device and Setting Parameters

/*

This example opens the default PCM device, sets
some parameters, and then displays the value
of most of the hardware parameters. It does not
perform any sound playback or recording.

*/

/* Use the newer ALSA API */
#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API

/* All of the ALSA library API is defined
* in this header */
#include <alsa/asoundlib.h>

int main() {
int rc;
snd_pcm_t *handle;
snd_pcm_hw_params_t *params;
unsigned int val, val2;
int dir;
snd_pcm_uframes_t frames;

/* 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(&params);

/* 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);

/* 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);
}

/* Display information about the PCM interface */

printf("PCM handle name = '%s'\n",
         snd_pcm_name(handle));

printf("PCM state = %s\n",
         snd_pcm_state_name(snd_pcm_state(handle)));

snd_pcm_hw_params_get_access(params,
                          (snd_pcm_access_t *) &val);
printf("access type = %s\n",
         snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val));

snd_pcm_hw_params_get_format(params, &val);
printf("format = '%s' (%s)\n",
    snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val),
    snd_pcm_format_description(
                             (snd_pcm_format_t)val));

snd_pcm_hw_params_get_subformat(params,
                        (snd_pcm_subformat_t *)&val);
printf("subformat = '%s' (%s)\n",
    snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val),
    snd_pcm_subformat_description(
                          (snd_pcm_subformat_t)val));

snd_pcm_hw_params_get_channels(params, &val);
printf("channels = %d\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_rate(params, &val, &dir);
printf("rate = %d bps\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_period_time(params,
                                    &val, &dir);
printf("period time = %d us\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_period_size(params,
                                    &frames, &dir);
printf("period size = %d frames\n", (int)frames);

snd_pcm_hw_params_get_buffer_time(params,
                                    &val, &dir);
printf("buffer time = %d us\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params,
                         (snd_pcm_uframes_t *) &val);
printf("buffer size = %d frames\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_periods(params, &val, &dir);
printf("periods per buffer = %d frames\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_rate_numden(params,
                                    &val, &val2);
printf("exact rate = %d/%d bps\n", val, val2);

val = snd_pcm_hw_params_get_sbits(params);
printf("significant bits = %d\n", val);

snd_pcm_hw_params_get_tick_time(params,
                                  &val, &dir);
printf("tick time = %d us\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_is_batch(params);
printf("is batch = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_is_block_transfer(params);
printf("is block transfer = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_is_double(params);
printf("is double = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_is_half_duplex(params);
printf("is half duplex = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_is_joint_duplex(params);
printf("is joint duplex = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_can_overrange(params);
printf("can overrange = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_can_mmap_sample_resolution(params);
printf("can mmap = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_can_pause(params);
printf("can pause = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_can_resume(params);
printf("can resume = %d\n", val);

val = snd_pcm_hw_params_can_sync_start(params);
printf("can sync start = %d\n", val);

snd_pcm_close(handle);

return 0;
}

清單2打開默認的PCM設備,設置一些硬體參數並且列印出最常用的硬體參數值。它並不做任何重播或錄音的操作。snd_pcm_open打開默認的PCM 設備並設置訪問模式為PLAYBACK。這個函數返回一個控制碼,這個控制碼保存在第一個函數參數中。該控制碼會在隨後的函數中用到。像其他函數一樣,這個函數 返回一個整數。如果返回值小於0,則代碼函數調用出錯。如果出錯,我們用snd_errstr打開錯誤資訊並退出。
為了設置音頻流的硬體參數,我們需要分配一個類型為snd_pcm_hw_param的變數。分配用到函數巨集 snd_pcm_hw_params_alloca。下一步,我們使用函數snd_pcm_hw_params_any來初始化這個變數,傳遞先前打開的 PCM流控制碼。
接下來,我們調用API來設置我們所需的硬體參數。這些函數需要三個參數:PCM流控制碼,參數類型,參數值。我們設置流為交錯模式,16位元的樣本大小,2 個通道,44100bps的採樣率。對於採樣率而言,聲音硬體並不一定就精確地支持我們所定的採樣率,但是我們可以使用函數 snd_pcm_hw_params_set_rate_near來設置最接近我們指定的採樣率的採樣率。其實只有當我們調用函數 snd_pcm_hw_params後,硬體參數才會起作用。
程式的剩餘部分獲得並列印一些PCM流參數,包括週期和緩衝區大小。結果可能會因為聲音硬體的不同而不同。
運行該程式後,做實驗,改動一些代碼。把設備名字改成hw0,0,然後看結果是否會有變化。設置不同的硬體參數然後觀察結果的變化。

 

Listing 3. Simple Sound Playback

 

/*
 
This example reads standard from input and writes
to the default PCM device for 5 seconds of data.
 
*/
 
/* Use the newer ALSA API */
#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API
 
#include <alsa/asoundlib.h>
 
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(&params);
 
  /* 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) {
    loops--;
    rc = read(0, buffer, size);
    if (rc == 0) {
      fprintf(stderr, "end of file on input\n");
      break;
    } else if (rc != size) {
      fprintf(stderr,
              "short read: read %d bytes\n", rc);
    }
    rc = snd_pcm_writei(handle, buffer, frames);
    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;
}
 
清單3擴展了之前的示例。向音效卡中寫入了一些聲音樣本以實現聲音重播。在這個例子中,我們從標準輸入中讀取資料,每個週期讀取足夠多的資料,然後將它們寫入到音效卡中,直到5秒鐘的資料全部傳輸完畢。
這個程式的開始處和之前的版本一樣---打開PCM設備、設置硬體參數。我們使用由ALSA自己選擇的週期大小,申請該大小的緩衝區來存儲樣本。然後我們找出週期時間,這樣我們就能計算出本程式為了能夠播放5秒鐘,需要多少個週期。
在處理資料的迴圈中,我們從標準輸入中讀入資料,並往緩衝區中填充一個週期的樣本。然後檢查並處理錯誤,這些錯誤可能是由到達檔結尾,或讀取的資料長度與我期望的資料長度不一致導致的。
我們調用snd_pcm_writei來發送資料。它操作起來很像內核的寫系統調用,只是這裏的大小參數是以幀來計算的。我們檢查其返回代碼值。返回值為EPIPE表明發生了underrun,使得PCM音頻流進入到XRUN狀態並停止處理資料。從該狀態中恢復過來的標準方法是調用snd_pcm_prepare函數,把PCM流置於PREPARED狀態,這樣下次我們向該PCM流中資料時,它就能重新開始處理資料。如果我們得到的錯誤碼不是EPIPE,我們把錯誤碼列印出來,然後繼續。最後,如果寫入的幀數不是我們期望的,則列印出錯誤消息。
這個程式一直迴圈,直到5秒鐘的幀全部傳輸完,或者輸入流讀到檔結尾。然後我們調用snd_pcm_drain把所有掛起沒有傳輸完的聲音樣本傳輸完全,最後關閉該音頻流,釋放之前動態分配的緩衝區,退出。
我們可以看到這個程式沒有什麼用,除非標準輸入被重定向到了其他其他的文件。嘗試用設備/dev/urandom來運行這個程式,該設備產生亂數據:
 ./example3 </dev/urandom

亂數據會產生5秒鐘的白色雜訊。
然後,嘗試把標準輸入重定向到設備/dev/null/dev/zero上,並比較結果。改變一些參數,例如採樣率和資料格式,然後查看結果的變化。

Listing 4. Simple Sound Recording


/*

This example reads from the default PCM device
and writes to standard output for 5 seconds of data.

*/

/* Use the newer ALSA API */
#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API

#include <alsa/asoundlib.h>

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(&params);

/* 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;
}

清單4類似於清單3中的程式,除了這裏的程式時做聲音的抓取(錄音)。當打開PCM設備時我們指定打開模式為 SND_PCM_STREAM_CPATURE。在主迴圈中,我們調用snd_pcm_readi從音效卡中讀取資料,並把它們寫入到標準輸出。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。
運行清單4的程式將錄製將近5秒鐘的聲音資料,並把它們發送到標準輸出。你也可以重定向到某個檔。如果你有一個麥克風連接到你的音效卡,可以使用某個混音 程式(mixer)設置錄音源和級別。同樣地,你也可以運行一個CD播放器程式並把錄音源設成CD。嘗試運行程式4並把輸出定向到某個檔,然後運行程式 3播放該檔裏的聲音資料:
./listing4 > sound.raw
./listing3 < sound.raw
如果你的音效卡支援全雙工,你可以通過管道把兩個程式連接起來,這樣就可以從音效卡中聽到錄製的聲音:
./listing4 | ./listing3
同樣地,您可以做實驗,看看採樣率和樣本格式的變化會產生什麼影響。

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,直到資料已經傳送完,PCM介面調用才會返回。在事件驅動的互動式程式中,這樣會長時間阻塞應用 程式,通常是不能接受的。ALSA支援以非阻塞模式打開音頻流,這樣讀寫函數調用後立即返回。如果資料傳輸被掛起,調用不能被處理,ALSA就是返回一個 EBUSY的錯誤碼。
許多圖形應用程式使用回調來處理事件。ALSA支援以非同步的方式打開一個PCM音頻流。這使得當某個週期的樣本資料被傳輸完後,某個已註冊的回調函數將會調用。

這裏用到的snd_pcm_readisnd_pcm_writei調用和Linux下的讀寫系統調用類似。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的函數。Linux下的許多設備也支援mmap系統調用,這個調用將設備記憶體映射到主內 存,這樣資料就可以用指標來維護。ALSA也運行以mmap模式打開一個PCM通道,這允許有效的零拷貝(zero copy)方式訪問聲音資料。

總結
我希望這篇文章能夠激勵你嘗試編寫某些ALSA程式。伴隨著2.6內核在Linux發佈版本(distributions)中被廣泛地使用,ALSA也將被廣泛地採用。它的高級特徵將幫助Linux音頻程式更好地向前發展。
Jaroslav Kysela
Takashi lwai幫助查閱了本文的草稿並提出了寶貴的意見,在此表示感謝。

英文原文: http://www.linuxjournal.com/article/6735

轉貼原文

http://mysuperbaby.iteye.com/blog/932729

 

    全站熱搜

    立你斯 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()