Linux下ALSA聲卡編程

一. 介紹

      ALSA 標準是一個先進的linux聲音體系。它包含內核驅動集合，API庫和工具對Linux聲音進行支持。ALSA 包含一系列內核驅動對不同的聲卡進行支持，還提供了libasound的API庫。用這些進行寫程序不需要打開設備等操作，所以編程人員在寫程序的時候不會被底層的東西困擾。與此相反OSS/Free 驅動在內核層次調用，需要指定設備名和調用ioctl。爲提供向後兼容， ALSA 提供內核模塊模仿 OSS/Free 驅動，所以大多數的程序不需要改動。 ALSA 擁有調用插件的能力對新設備提供擴展，包括那些用軟件模擬出來的虛擬設備。 ALSA 還提供一組命令行工具包括  mixer, sound file player 和工具控制一些特別的聲卡的特別的作用。

 

二.ALSA 體系：

ALSA API 被主要分爲以下幾種接口：

l         控制接口：提供靈活的方式管理註冊的聲卡和對存在的聲卡進行查詢。

l         PCM接口：提供管理數字音頻的捕捉和回放。

l         原始 MIDI 接口: 支持 MIDI (Musical Instrument Digital Interface), 一種標準電子音樂指令集。 這些 API 提供訪問聲卡上的 MIDI 總線。這些原始藉口直接工作在 The  MIDI 事件上，程序員只需要管理協議和時間。

l         記時接口: 爲支持聲音的同步事件提供訪問聲卡上的定時器。

l         音序器接口：一個比原始MIDI接口高級的MIDI編程和聲音同步高層接口。它可以處理很多的MIDI協議和定時器。

l         混音器接口：控制發送信號和控制聲音大小的聲卡上的設備。

 

三.聲卡的緩存和數據的傳輸：

      一塊聲卡有一個聲卡內存用來存儲記錄的樣本。當它被寫滿時就產生中斷。內核驅動就使用DMA將數據傳輸到內存中。同樣地，當在播放時就將內存中的聲音樣本使用DMA傳到聲卡的內存中！

      聲卡的緩存是環狀的，這裏只討論應用程序中的內存結構：ALSA將數據分成連續的片段然後傳到按單元片段傳輸。

 

四：典型的聲音程序結構：

1.         open interface for capture or playback
3.         set hardware parameters
5.         (access mode, data format, channels, rate, etc.)
7.         while there is data to be processed:
9.         read PCM data (capture)
11.         or write PCM data (playback)
13.         close interface

 

五.一些例子：

1.顯示一些PCM的類型和格式:

 

1. #include <iostream>
2. #include <alsa/asoundlib.h> 
4. int main()
5. {
6.        std::cout << "ALSA library version: " << SND_LIB_VERSION_STR << std::endl;
7.  
9.        std::cout << "PCM stream types: " << std::endl;
10.  
12.        for (int val=0; val <= SND_PCM_STREAM_LAST; ++val)
14.               std::cout << snd_pcm_stream_name((snd_pcm_stream_t)val) << std::endl;
16.        std::cout << std::endl; 
18.        std::cout << "PCM access types: " << std::endl;
20.        for (int val=0; val <= SND_PCM_ACCESS_LAST; ++val)
22.               std::cout << snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val) << std::endl;
24.        std::cout << std::endl; 
26.        std::cout << "PCM subformats: " << std::endl;
28.        for (int val=0; val <= SND_PCM_SUBFORMAT_LAST; ++val)
30.               std::cout << snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val) << " (" << snd_pcm_subformat_description((snd_pcm_subformat_t)val) << ")" << std::endl;
32.        std::cout << std::endl; 
34.        std::cout << "PCM states: " << std::endl;
36.        for (int val=0; val <= SND_PCM_STATE_LAST; ++val)
38.               std::cout << snd_pcm_state_name((snd_pcm_state_t)val) << std::endl;
40.        std::cout << std::endl; 
42.        std::cout << "PCM formats: " << std::endl;
44.        for (int val=0; val <= SND_PCM_FORMAT_LAST; ++val)
46.               std::cout << snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val) << " (" << snd_pcm_format_description((snd_pcm_format_t)val) << ")" << std::endl;
48.        std::cout << std::endl;      
50. } 

2.打開PCM設備和設置參數

1.  
3. #include <iostream>
5. #include <alsa/asoundlib.h>
7.  
9. int main()
11. {
13.        int                               rc;
15.        snd_pcm_t*                         handle;
17.        snd_pcm_hw_params_t*      params;
19.        unsigned int                  val, val2;
21.        int                               dir;
23.        snd_pcm_uframes_t             frames;
25.  
27.        if ( (rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)) < 0)
29.        {
31.               std::cerr << "unable to open pcm devices: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
33.               exit(1);
35.        }
37.  
39.        snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
41.  
43.        snd_pcm_hw_params_any(handle, params);
45.  
47.        snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
49.  
51.        snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
53.  
55.        snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2);
57.  
59.        val = 44100;
61.  
63.        snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir);
65.  
67.        if ( (rc = snd_pcm_hw_params(handle, params)) < 0)
69.        {
71.               std::cerr << "unable to set hw parameters: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
73.               exit(1);
75.        }
77.  
79.        std::cout << "PCM handle name = " << snd_pcm_name(handle) << std::endl;
81.  
83.        std::cout << "PCM state = " << snd_pcm_state_name(snd_pcm_state(handle)) << std::endl;
85.  
87.        snd_pcm_hw_params_get_access(params, (snd_pcm_access_t *)&val);
89.  
91.        std::cout << "access type = " << snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val) << std::endl;
93.  
95.        snd_pcm_hw_params_get_format(params, (snd_pcm_format_t*)(&val));
97.       
99.        std::cout << "format = '" << snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val) << "' (" << snd_pcm_format_description((snd_pcm_format_t)val) << ")" << std::endl;
101.  
103.       snd_pcm_hw_params_get_subformat(params, (snd_pcm_subformat_t *)&val);
105.       std::cout << "subformat = '" <<
107.     snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val) << "' (" << snd_pcm_subformat_description((snd_pcm_subformat_t)val) << ")" << std::endl;
109.  
111.       snd_pcm_hw_params_get_channels(params, &val);
113.       std::cout << "channels = " << val << std::endl;
115.  
117.       snd_pcm_hw_params_get_rate(params, &val, &dir);
119.       std::cout << "rate = " << val << " bps" << std::endl;
121.  
123.        snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);
125.       std::cout << "period time = " << val << " us" << std::endl;
127.  
129.       snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);
131.       std::cout << "period size = " << static_cast<int>(frames) << " frames" << std::endl;
133.  
135.        snd_pcm_hw_params_get_buffer_time(params, &val, &dir);
137.       std::cout << "buffer time = " << val << " us" << std::endl;
139.       
141.        snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params, (snd_pcm_uframes_t *) &val);
143.       std::cout << "buffer size = " << val << " frames" << std::endl;
145.  
147.       snd_pcm_hw_params_get_periods(params, &val, &dir);
149.       std::cout << "periods per buffer = " << val << " frames" << std::endl;
151.  
153.        snd_pcm_hw_params_get_rate_numden(params, &val, &val2);
155.       std::cout << "exact rate = " << val/val2 << " bps" << std::endl;
157.       
159.       val = snd_pcm_hw_params_get_sbits(params);
161.       std::cout << "significant bits = " << val << std::endl;
163.  
165.       snd_pcm_hw_params_get_tick_time(params, &val, &dir);
167.       std::cout << "tick time = " << val << " us" << std::endl;
169.  
171.       val = snd_pcm_hw_params_is_batch(params);
173.       std::cout << "is batch = " << val << std::endl;
175.  
177.       val = snd_pcm_hw_params_is_block_transfer(params);
179.       std::cout << "is block transfer = " << val << std::endl;
181.  
183.       val = snd_pcm_hw_params_is_double(params);
185.       std::cout << "is double = " << val << std::endl;
187.  
189.        val = snd_pcm_hw_params_is_half_duplex(params);
191.       std::cout << "is half duplex = " << val << std::endl;
193.  
195.        val = snd_pcm_hw_params_is_joint_duplex(params);
197.       std::cout << "is joint duplex = " << val << std::endl;
199.  
201.        val = snd_pcm_hw_params_can_overrange(params);
203.       std::cout << "can overrange = " << val << std::endl;
205.  
207.       val = snd_pcm_hw_params_can_mmap_sample_resolution(params);
209.       std::cout << "can mmap = " << val << std::endl;
211.  
213.       val = snd_pcm_hw_params_can_pause(params);
215.       std::cout << "can pause = " << val << std::endl;
217.  
219.        val = snd_pcm_hw_params_can_resume(params);
221.       std::cout << "can resume = " << val << std::endl;
223.  
225.       val = snd_pcm_hw_params_can_sync_start(params);
227.       std::cout << "can sync start = " << val << std::endl;
229.  
231.       snd_pcm_close(handle);
233.  
235.       return 0;
237. }

 

3.一個簡單的聲音播放程序

 

1. #include <iostream>
3. #include <alsa/asoundlib.h>
5.  
7. int main()
9. {
11.        long                             loops;
13.        int                               rc;
15.        int                                       size;
17.        snd_pcm_t*                         handle;
19.        snd_pcm_hw_params_t*      params;
21.        unsigned int                  val;
23.        int                               dir;
25.        snd_pcm_uframes_t             frames;
27.        char*                                  buffer;
29.  
31.        if ( (rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)) < 0)
33.        {
35.               std::cerr << "unable to open pcm device: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
37.               exit(1);
39.        }
41.  
43.        snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
45.  
47.        snd_pcm_hw_params_any(handle, params);
49.  
51.        snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
53.  
55.        snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
57.  
59.        snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2);
61.  
63.        val = 44100;
65.  
67.        snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir);
69.  
71.        frames = 32;
73.        snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &frames, &dir);
75.  
77.        if ( (rc = snd_pcm_hw_params(handle, params)) < 0)
79.        {
81.               std::cerr << "unable to set hw paramseters: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
83.               exit(1);
85.        }
87.  
89.        snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);
91.        size = frames * 4;
93.        buffer = new char[size];
95.  
97.        snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);
99.  
101.        loops = 5000000 / val;
103.  
105.        while (loops > 0) {
107.               loops--;
109.               if ( (rc = read(0, buffer, size)) == 0)
111.               {
113.                      std::cerr << "end of file on input" << std::endl;
115.                      break;
117.               }
119.               else if (rc != size)
121.                      std::cerr << "short read: read " << rc << " bytes" << std::endl;
123.  
125.               if ( (rc = snd_pcm_writei(handle, buffer, frames)) == -EPIPE)
127.               {
129.                      std::cerr << "underrun occurred" << std::endl;
131.                      snd_pcm_prepare(handle);
133.               }
135.               else if (rc < 0)
137.                      std::cerr << "error from writei: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
139.               else if (rc != (int)frames)
141.                      std::cerr << "short write, write " << rc << " frames" << std::endl;
143.        }
145.  
147.        snd_pcm_drain(handle);
149.        snd_pcm_close(handle);
151.        free(buffer);
153.  
155.        return 0;
157. }

4.一個簡單的記錄聲音的程序

1.  
3. #include <iostream>
5. #include <alsa/asoundlib.h>
7.  
9. int main()
11. {
13.        long                             loops;
15.        int                                       rc;
17.        int                                       size;
19.        snd_pcm_t*                         handle;
21.        snd_pcm_hw_params_t*      params;
23.        unsigned int                  val;
25.        int                                       dir;
27.        snd_pcm_uframes_t             frames;
29.        char*                                  buffer;
31.  
33.        if ( (rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0)) < 0)
35.        {
37.               std::cerr << "unable to open pcm device: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
39.               exit(1);
41.        }
43.  
45.        snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
47.  
49.        snd_pcm_hw_params_any(handle, params);
51.  
53.        snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
55.  
57.        snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
59.  
61.        snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2);
63.  
65.        val = 44100;
67.        snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &frames, &dir);
69.  
71.        if ( (rc = snd_pcm_hw_params(handle, params)) < 0)
73.        {
75.               std::cerr << "unable to set hw parameters: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
77.               exit(1);
79.        }
81.  
83.        snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);
85.  
87.        size = frames * 4;
89.        buffer = new char[size];
91.  
93.        snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);
95.  
97.        loops = 5000000 / val;
99.  
101.        while (loops > 0)
103.        {
105.               loops --;
107.               rc = snd_pcm_readi(handle, buffer, frames);
109.               if (rc == -EPIPE)
111.               {
113.                      std::cerr << "overrun occurred" << std::endl;
115.                      snd_pcm_prepare(handle);
117.               }
119.               else if (rc < 0)
121.                      std::cerr << "error from read: " << snd_strerror(rc) << std::endl;
123.               else if ( rc != (int)frames)
125.                      std::cerr << "short read, read " << rc << " frames" << std::endl;
127.               rc = write(1, buffer, size);
129.               if (rc != size)
131.                      std::cerr << "short write: wrote " << rc << " bytes" << std::endl;
133.        }
135.  
137.        snd_pcm_drain(handle);
139.        snd_pcm_close(handle);
141.        free(buffer);
143.       
145.        return 0;
147. }

 

編譯的參數：g++ xxx.cpp -o xxx -lasound