Linux音频编程(一)ALSA介绍

Linux下的音频编程中有OSSALSA,本篇文章将对ALSA进行相关介绍。ALSA提供一系列基于命令行的工具集,比如混音器(mixer),音频文件播放器(aplay),以及控制特定声卡特定属性的工具。

一、ALSA API主要分为以下几种接口:
1)控制接口:提供灵活的方式管理注册的声卡和对存在的声卡进行查询。
2)PCM接口:管理数字音频回放(playback)和录音(capture)的接口

Pulse Code Modulation(脉冲编码调制)。这个词描述了一种用数字化形式表示模拟信号的方法。这种方法几乎被所有的计算机音卡所使用,它在ALSA API中用“audio”来简称。)
3)原始MIDI接口: 支持 MIDI (Musical Instrument Digital Interface),一种标准电子音乐指令集。这些API提供访问声卡上的MIDI总线。这些原始借口直接工作在 The MIDI事件上,程序员只需要管理协议和时间。
4)记时接口: 为支持声音的同步事件提供访问声卡上的定时器。
5)音序器接口:一个比原始MIDI接口高级的MIDI编程和声音步高层接口。它可以处理很多的MIDI协议和定时器。
6)混音器接口:控制发送信号和控制声音大小的声卡上的设备。

二、

1、pcm用来描述alsa中数字音频流。Alsa音频的播放/录制通过pcm来实现的

2、在内核设备驱动层,ALSA提供了alsa-driver,同时在应用层,ALSA为我们提供了alsa-lib,应用程序只要调用alsa-lib提供的API,即可以完成对底层音频硬件的控制。

3、alsa驱动实际上可分为两层,比如s3c24xx-iis.c或s3c24xx-ac97.c之类,主要是音频总线与硬件初始化(iis/ac97,GPIO,dma等),另一层才是wm8987.c之类的芯片驱动,主要是提供寄存器读写接口(i2c等),创建mixer设备之类。

三、PCM介绍

(一)简单介绍

1、根据ALSA写一简单的PCM应用程序,我们首先需要为PCM设备打开一个句柄(Handle),然后指定PCM流的方向是playback

2、pcm下面有一个playback和capture stream,playback和capture下面各自有一个substream。

1)playback如何把用户空间的应用程序发过来的PCM数据,转化为人耳可以辨别的模拟音频

2)capture把mic拾取到得模拟信号,经过采样、量化,转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序

(二)相关程序

1)此部分程序可以参考:

可参考链接:https://blog.csdn.net/orz415678659/article/details/8995163

 

其中:

snd_card 表示一个声卡实例, 包含多个声卡设备;

snd_device 表示一个声卡设备部件:

snd_pcm 表示一个PCM设备, 声卡设备的一种, 用于播放和录音 ;

snd_control 表示Control设备, 声卡设备的一种, 用于控制声卡; snd_pcm_str 表示PCM流, 分为playback和capture;

snd_pcm_substream PCM子流, 用于音频的播放或录制 ;

snd_pcm_ops PCM流操作集。

具体可参考链接:

https://www.cnblogs.com/hzl6255/p/9979377.html

2)对于pcm.c程序可参考以下链接:

https://github.com/tinyalsa/tinyalsa/blob/master/src/pcm.c

1、合理的pcm_config可以做到更好的低时延和功耗

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;

};

1)结构中的每个参数的单位都是frame(1帧 = 通道*采样位深):

period_size. 每次传输的数据长度。值越小,时延越小,cpu占用就越高。

2)period_count. 缓之冲区period的个数。缓冲区越大,发生XRUN的机会就越少。

3)format. 定义数据格式,如采样位深,大小端。

4)start_threshold. 缓冲区的数据超过该值时,硬件开始启动数据传输。如果太大, 从开始播放到声音出来时延太长,甚至可导致太短促的声音根本播不出来;如果太小, 又可能容易导致XRUN.

5)stop_threshold. 缓冲区空闲区大于该值时,硬件停止传输。默认情况下,这个数 为整个缓冲区的大小,即整个缓冲区空了,就停止传输。但偶尔的原因导致缓冲区空, 如CPU忙,增大该值,继续播放缓冲区的历史数据,而不关闭再启动硬件传输(一般此 时有明显的声音卡顿),可以达到更好的体验。

6)silence_threshold. 这个值本来是配合stop_threshold使用,往缓冲区填充静音 数据,这样就不会重播历史数据了。但如果没有设定silence_size,

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