在Linux下進(jìn)行音頻編程時(shí)，重點(diǎn)在于如何正確地操作聲卡驅(qū)動(dòng)程序所提供的各種設(shè)備文件，由于涉及到的概念和因素比較多，所以遵循一個(gè)通用的框架無(wú)疑將有助于簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

1 DSP編程

對(duì)聲卡進(jìn)行編程時(shí)首先要做的是打開(kāi)與之對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)備，這是借助于open系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成的，并且一般情況下使用的是/dev/dsp文件。采用何種模式對(duì)聲卡進(jìn)行操作也必須在打開(kāi)設(shè)備時(shí)指定，對(duì)于不支持全雙工的聲卡來(lái)說(shuō)，應(yīng)該使用只讀或者只寫(xiě)的方式打開(kāi)，只有那些支持全雙工的聲卡，才能以讀寫(xiě)的方式打開(kāi)，并且還要依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)程序的具體實(shí)現(xiàn)。Linux允許應(yīng)用程序多次打開(kāi)或者關(guān)閉與聲卡對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件，從而能夠很方便地在放音狀態(tài)和錄音狀態(tài)之間進(jìn)行切換，建議在進(jìn)行音頻編程時(shí)只要有可能就盡量使用只讀或者只寫(xiě)的方式打開(kāi)設(shè)備文件，因?yàn)檫@樣不僅能夠充分利用聲卡的硬件資源，而且還有利于驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)化。下面的代碼示范了如何以只寫(xiě)方式打開(kāi)聲卡進(jìn)行放音（playback）操作：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>int main(void) {int fd = -1;fd = open("/dev/dsp", O_RDWR);if (-1 == fd){perror("open"); goto err0;}close(fd);return 0; err0:return -1; }

運(yùn)行在Linux內(nèi)核中的聲卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)ｉT(mén)維護(hù)了一個(gè)緩沖區(qū)，其大小會(huì)影響到放音和錄音時(shí)的效果，使用ioctl系統(tǒng)調(diào)用可以對(duì)它的尺寸進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)程序中緩沖區(qū)大小的操作不是必須的，如果沒(méi)有特殊的要求，一般采用默認(rèn)的緩沖區(qū)大小也就可以了。但需要注意的是，緩沖區(qū)大小的設(shè)置通常應(yīng)緊跟在設(shè)備文件打開(kāi)之后，這是因?yàn)閷?duì)聲卡的其它操作有可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法再修改其緩沖區(qū)的大小。下面的代碼示范了怎樣設(shè)置聲卡驅(qū)動(dòng)程序中的內(nèi)核緩沖區(qū)的大小：
int setting = 0xnnnnssss; int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SETFRAGMENT, &setting); if (result == -1) {perror("ioctl buffer size");return -1; } // 檢查設(shè)置值的正確性
在設(shè)置緩沖區(qū)大小時(shí)，參數(shù)setting實(shí)際上由兩部分組成，其低16位標(biāo)明緩沖區(qū)的尺寸，相應(yīng)的計(jì)算公式為buffer_size = 2^ssss，即若參數(shù)setting低16位的值為16，那么相應(yīng)的緩沖區(qū)的大小會(huì)被設(shè)置為65536字節(jié)。參數(shù)setting的高16位則用來(lái)標(biāo)明分片（fragment）的最大序號(hào)，它的取值范圍從2一直到0x7FFF，其中0x7FFF表示沒(méi)有任何限制。

接下來(lái)要做的是設(shè)置聲卡工作時(shí)的聲道（channel）數(shù)目，根據(jù)硬件設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序的具體情況，可以將其設(shè)置為0（單聲道，mono）或者1（立體聲，stereo）。下面的代碼示范了應(yīng)該怎樣設(shè)置聲道數(shù)目：

int channels = 0; // 0=mono 1=stereo int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_STEREO, &channels); if ( result == -1 ) {perror("ioctl channel number");return -1; } if (channels != 0) {// 只支持立體聲 }
采樣格式和采樣頻率是在進(jìn)行音頻編程時(shí)需要考慮的另一個(gè)問(wèn)題，聲卡支持的所有采樣格式可以在頭文件soundcard.h中找到，而通過(guò)ioctl系統(tǒng)調(diào)用則可以很方便地更改當(dāng)前所使用的 采樣格式 。下面的代碼示范了如何設(shè)置聲卡的采樣格式：

int format = AFMT_U8; int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SETFMT, &format); if ( result == -1 ) {perror("ioctl sample format");return -1; } // 檢查設(shè)置值的正確性
聲卡采樣頻率的 設(shè)置也非常容易，只需在調(diào)用ioctl時(shí)將第二個(gè)參數(shù)的值設(shè)置為SNDCTL_DSP_SPEED，同時(shí)在第三個(gè)參數(shù)中指定采樣頻率的數(shù)值就行了。對(duì)于大多數(shù)聲卡來(lái)說(shuō)，其支持的采樣頻率范圍一般為5kHz到44.1kHz或者48kHz，但并不意味著該范圍內(nèi)的所有頻率都會(huì)被硬件支持，在Linux下進(jìn)行音頻編程時(shí)最常用到的幾種采樣頻率是11025Hz、16000Hz、22050Hz、32000Hz和44100Hz。下面的代碼示范了如何設(shè)置聲卡的采樣頻率：

int rate = 22050; int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SPEED, &rate); if ( result == -1 ) {perror("ioctl sample format");return -1; } // 檢查設(shè)置值的正確性

2 Mixer編程

聲卡上的混音器由多個(gè)混音通道組成，它們可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序提供的設(shè)備文件/dev/mixer進(jìn)行編程。對(duì)混音器的操作是通過(guò)ioctl系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成的，并且所有控制命令都由SOUND_MIXER或者M(jìn)IXER開(kāi)頭，表1列出了常用的幾個(gè)混音器控制命令：

名 稱(chēng) 作 用

SOUND_MIXER_VOLUME	主音量調(diào)節(jié)
SOUND_MIXER_BASS	低音控制
SOUND_MIXER_TREBLE	高音控制
SOUND_MIXER_SYNTH	FM合成器
SOUND_MIXER_PCM	主D/A轉(zhuǎn)換器
SOUND_MIXER_SPEAKER	PC喇叭
SOUND_MIXER_LINE	音頻線輸入
SOUND_MIXER_MIC	麥克風(fēng)輸入
SOUND_MIXER_CD	CD輸入
SOUND_MIXER_IMIX	回放音量
SOUND_MIXER_ALTPCM	從D/A 轉(zhuǎn)換器
SOUND_MIXER_RECLEV	錄音音量
SOUND_MIXER_IGAIN	輸入增益
SOUND_MIXER_OGAIN	輸出增益
SOUND_MIXER_LINE1	聲卡的第1輸入
SOUND_MIXER_LINE2	聲卡的第2輸入
SOUND_MIXER_LINE3	聲卡的第3輸入

表1 混音器命令

對(duì)聲卡的輸入增益和輸出增益進(jìn)行調(diào)節(jié)是混音器的一個(gè)主要作用，目前大部分聲卡采用的是8位或者16位的增益控制器，但作為程序員來(lái)講并不需要關(guān)心這些，因?yàn)槁暱?qū)動(dòng)程序會(huì)負(fù)責(zé)將它們變換成百分比的形式，也就是說(shuō)無(wú)論是輸入增益還是輸出增益，其取值范圍都是從0到100。在進(jìn)行混音器編程時(shí)，可以使用SOUND_MIXER_READ宏來(lái)讀取混音通道的增益大小，例如在獲取麥克風(fēng)的輸入增益時(shí)，可以使用如下的代碼：

int vol; ioctl(fd, SOUND_MIXER_READ(SOUND_MIXER_MIC), &vol); printf("Mic gain is at %d %%\n", vol);

對(duì)于只有一個(gè)混音通道的單聲道設(shè)備來(lái)說(shuō)，返回的增益大小保存在低位字節(jié)中。而對(duì)于支持多個(gè)混音通道的雙聲道設(shè)備來(lái)說(shuō)，返回的增益大小實(shí)際上包括兩個(gè)部分，分別代表左、右兩個(gè)聲道的值，其中低位字節(jié)保存左聲道的音量，而高位字節(jié)則保存右聲道的音量。下面的代碼可以從返回值中依次提取左右聲道的增益大小：

int left, right; left = vol & 0xff; right = (vol & 0xff00) >> 8; printf("Left gain is %d %%, Right gain is %d %%\n", left, right);

類(lèi)似地，如果想設(shè)置混音通道的增益大小，則可以通過(guò)SOUND_MIXER_WRITE宏來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)遵循的原則與獲取增益值時(shí)的原則基本相同，例如下面的語(yǔ)句可以用來(lái)設(shè)置麥克風(fēng)的輸入增益：
vol = (right << 8) + left; ioctl(fd, SOUND_MIXER_WRITE(SOUND_MIXER_MIC), &vol);
在編寫(xiě)實(shí)用的音頻程序時(shí)，混音器是在涉及到兼容性時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)對(duì)象，這是因?yàn)椴煌穆暱ㄋ峁┑幕煲羝髻Y源是有所區(qū)別的。聲卡驅(qū)動(dòng)程序提供了多個(gè)ioctl系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲得混音器的信息，它們通常返回一個(gè)整型的位掩碼（bitmask），其中每一位分別代表一個(gè)特定的混音通道，如果相應(yīng)的位為1，則說(shuō)明與之對(duì)應(yīng)的混音通道是可用的。例如通過(guò)SOUND_MIXER_READ_DEVMASK返回的位掩碼，可以查詢(xún)出能夠被聲卡支持的每一個(gè)混音通道，而通過(guò)SOUND_MIXER_READ_RECMAS返回的位掩碼，則可以查詢(xún)出能夠被當(dāng)作錄音源的每一個(gè)通道。下面的代碼可以用來(lái)檢查CD輸入是否是一個(gè)有效的混音通道：

ioctl(fd, SOUND_MIXER_READ_DEVMASK, &devmask); if (devmask & SOUND_MIXER_CD) printf("The CD input is supported");
如果進(jìn)一步還想知道其是否是一個(gè)有效的錄音源，則可以使用如下語(yǔ)句：

ioctl(fd, SOUND_MIXER_READ_RECMASK, &recmask); if (recmask & SOUND_MIXER_CD) printf("The CD input can be a recording source");
目前大多數(shù)聲卡提供多個(gè)錄音源，通過(guò)SOUND_MIXER_READ_RECSRC可以查詢(xún)出當(dāng)前正在使用的錄音源，同一時(shí)刻能夠使用幾個(gè)錄音源是由聲卡硬件決定的。類(lèi)似地，使用SOUND_MIXER_WRITE_RECSRC可以設(shè)置聲卡當(dāng)前使用的錄音源，例如下面的代碼可以將CD輸入作為聲卡的錄音源使用：

devmask = SOUND_MIXER_CD; ioctl(fd, SOUND_MIXER_WRITE_DEVMASK, &devmask);

此外，所有的混音通道都有單聲道和雙聲道的區(qū)別，如果需要知道哪些混音通道提供了對(duì)立體聲的支持，可以通過(guò)SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS來(lái)獲得。

3 DSP錄音和放音程序

下面給出一個(gè)利用聲卡上的DSP設(shè)備進(jìn)行聲音錄制和回放的基本框架，它的功能是先錄制幾秒種音頻數(shù)據(jù)，將其存放在內(nèi)存緩沖區(qū)中，然后再進(jìn)行回放，其所有的功能都是通過(guò)讀寫(xiě)/dev/dsp設(shè)備文件來(lái)完成的：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/ioctl.h> #include <linux/soundcard.h>#define LEN 3 /*存儲(chǔ)秒數(shù)*/ #define RATE 8000 /*采樣頻率*/ #define SIZE 8 /*量化位數(shù)*/ #define CHANNELS 1 /*聲道數(shù)目*/unsigned char buf[LEN * RATE * SIZE * CHANNELS / 8];int main(void) {int fd = -1;int ret = -1;int setting = 0x10000;int args;fd = open("/dev/dsp", O_RDWR);if (-1 == fd){perror("open"); goto err0;}//設(shè)置量化位數(shù)args = SIZE;ret = ioctl(fd, SOUND_PCM_WRITE_BITS, &args);if (-1 == ret){perror("ioctl"); goto err0;}//設(shè)置聲道數(shù)args = CHANNELS;ret = ioctl(fd, SOUND_PCM_WRITE_CHANNELS, &args);if (-1 == ret){perror("ioctl"); goto err0;}//設(shè)置采樣頻率args = RATE;ret = ioctl(fd, SOUND_PCM_WRITE_RATE, &args);if (-1 == ret){perror("ioctl"); goto err0;}while(1){printf("開(kāi)始錄音.....\n"); //錄音ret = read(fd, buf, sizeof(buf));if (ret != sizeof(buf)){perror("read"); }//放音printf("you say: \n");ret = write(fd, buf, sizeof(buf));{perror("write"); }//在繼續(xù)錄音之前等待回放結(jié)束 ret = ioctl(fd, SOUND_PCM_SYNC, 0);if (-1 == ret){perror("ioctl"); }}close(fd);return 0; err0:return -1; }

4 Mixer程序

下面再給出一個(gè)對(duì)混音器進(jìn)行編程的基本框架，利用它可以對(duì)各種混音通道的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)，其所有的功能都是通過(guò)讀寫(xiě)/dev/mixer設(shè)備文件來(lái)完成的：

/** mixer.c*/ #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <sys/ioctl.h> #include <fcntl.h> #include <linux/soundcard.h> /* 用來(lái)存儲(chǔ)所有可用混音設(shè)備的名稱(chēng) */ const char *sound_device_names[] = SOUND_DEVICE_NAMES; int fd; /* 混音設(shè)備所對(duì)應(yīng)的文件描述符 */ int devmask, stereodevs; /* 混音器信息對(duì)應(yīng)的位圖掩碼 */ char *name; /* 顯示命令的使用方法及所有可用的混音設(shè)備 */ void usage() {int i;fprintf(stderr, "usage: %s <device> <left-gain%%> <right-gain%%>\n"" %s <device> <gain%%>\n\n""Where <device> is one of:\n", name, name);for (i = 0 ; i < SOUND_MIXER_NRDEVICES ; i++)if ((1 << i) & devmask) /* 只顯示有效的混音設(shè)備 */fprintf(stderr, "%s ", sound_device_names[i]);fprintf(stderr, "\n");exit(1); } int main(int argc, char *argv[]) {int left, right, level; /* 增益設(shè)置 */int status; /* 系統(tǒng)調(diào)用的返回值 */int device; /* 選用的混音設(shè)備 */char *dev; /* 混音設(shè)備的名稱(chēng) */int i;name = argv[0];/* 以只讀方式打開(kāi)混音設(shè)備 */fd = open("/dev/mixer", O_RDONLY);if (fd == -1) {perror("unable to open /dev/mixer");exit(1);}/* 獲得所需要的信息 */status = ioctl(fd, SOUND_MIXER_READ_DEVMASK, &devmask);if (status == -1)perror("SOUND_MIXER_READ_DEVMASK ioctl failed");status = ioctl(fd, SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS, &stereodevs);if (status == -1)perror("SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS ioctl failed");/* 檢查用戶(hù)輸入 */if (argc != 3 && argc != 4)usage();/* 保存用戶(hù)輸入的混音器名稱(chēng) */dev = argv[1];/* 確定即將用到的混音設(shè)備 */for (i = 0 ; i < SOUND_MIXER_NRDEVICES ; i++)if (((1 << i) & devmask) && !strcmp(dev, sound_device_names[i]))break;if (i == SOUND_MIXER_NRDEVICES) { /* 沒(méi)有找到匹配項(xiàng) */fprintf(stderr, "%s is not a valid mixer device\n", dev);usage();}/* 查找到有效的混音設(shè)備 */device = i;/* 獲取增益值 */if (argc == 4) {/* 左、右聲道均給定 */left = atoi(argv[2]);right = atoi(argv[3]);} else {/* 左、右聲道設(shè)為相等 */left = atoi(argv[2]);right = atoi(argv[2]);}/* 對(duì)非立體聲設(shè)備給出警告信息 */if ((left != right) && !((1 << i) & stereodevs)) {fprintf(stderr, "warning: %s is not a stereo device\n", dev);}/* 將兩個(gè)聲道的值合到同一變量中 */level = (right << 8) + left;/* 設(shè)置增益 */status = ioctl(fd, MIXER_WRITE(device), &level);if (status == -1) {perror("MIXER_WRITE ioctl failed");exit(1);}/* 獲得從驅(qū)動(dòng)返回的左右聲道的增益 */left = level & 0xff;right = (level & 0xff00) >> 8;/* 顯示實(shí)際設(shè)置的增益 */fprintf(stderr, "%s gain set to %d%% / %d%%\n", dev, left, right);/* 關(guān)閉混音設(shè)備 */close(fd);return 0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程应用】Linux音频编程实战（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。