Linux音频编程指南 二

   四、应用框架

　　在Linux下进行音频编程时，重点在于如何正确地操作声卡驱动程序所提供的各种设备文件，由于涉及到的概念和因素比较多，所以遵循一个通用的框架无疑将有助于简化应用程序的设计。

　　4.1 DSP编程

　　对声卡进行编程时首先要做的是打开与之对应的硬件设备，这是借助于open系统调用来完成的，并且一般情况下使用的是/dev/dsp文件。采用何种模式对声卡进行操作也必须在打开设备时指定，对于不支持全双工的声卡来说，应该使用只读或者只写的方式打开，只有那些支持全双工的声卡，才能以读写的方式打开，并且还要依赖于驱动程序的具体实现。Linux允许应用程序多次打开或者关闭与声卡对应的设备文件，从而能够很方便地在放音状态和录音状态之间进行切换，建议在进行音频编程时只要有可能就尽量使用只读或者只写的方式打开设备文件，因为这样不仅能够充分利用声卡的硬件资源，而且还有利于驱动程序的优化。下面的代码示范了如何以只写方式打开声卡进行放音（playback）操作：

　　int handle = open("/dev/dsp", O_WRONLY);

　　if (handle == -1) {

　　perror("open /dev/dsp");

　　return -1;

　　}

　　运行在Linux内核中的声卡驱动程序专门维护了一个缓冲区，其大小会影响到放音和录音时的效果，使用ioctl系统调用可以对它的尺寸进行恰当的设置。调节驱动程序中缓冲区大小的操作不是必须的，如果没有特殊的要求，一般采用默认的缓冲区大小也就可以了。但需要注意的是，缓冲区大小的设置通常应紧跟在设备文件打开之后，这是因为对声卡的其它操作有可能会导致驱动程序无法再修改其缓冲区的大小。下面的代码示范了怎样设置声卡驱动程序中的内核缓冲区的大小：

　　int setting = 0xnnnnssss;

　　int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SETFRAGMENT, &setting);

　　if (result == -1) {

　　perror("ioctl buffer size");

　　return -1;

　　}

　　// 检查设置值的正确性

　　在设置缓冲区大小时，参数setting实际上由两部分组成，其低16位标明缓冲区的尺寸，相应的计算公式为buffer_size = 2^ssss，即若参数setting低16位的值为16，那么相应的缓冲区的大小会被设置为65536字节。参数setting的高16位则用来标明分片（fragment）的最大序号，它的取值范围从2一直到0x7FFF，其中0x7FFF表示没有任何限制。

　　接下来要做的是设置声卡工作时的声道（channel）数目，根据硬件设备和驱动程序的具体情况，可以将其设置为0（单声道，mono）或者1（立体声，stereo）。下面的代码示范了应该怎样设置声道数目：

　　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) {

　　// 只支持立体声

　　}

　　采样格式和采样频率是在进行音频编程时需要考虑的另一个问题，声卡支持的所有采样格式可以在头文件soundcard.h中找到，而通过ioctl系统调用则可以很方便地更改当前所使用的采样格式。下面的代码示范了如何设置声卡的采样格式：

　　int format = AFMT_U8;

　　int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SETFMT, &format);

　　if ( result == -1 ) {

　　perror("ioctl sample format");

　　return -1;

　　}

　　// 检查设置值的正确性

　　声卡采样频率的设置也非常容易，只需在调用ioctl时将第二个参数的值设置为SNDCTL_DSP_SPEED，同时在第三个参数中指定采样频率的数值就行了。对于大多数声卡来说，其支持的采样频率范围一般为5kHz到44.1kHz或者48kHz，但并不意味着该范围内的所有频率都会被硬件支持，在Linux下进行音频编程时最常用到的几种采样频率是11025Hz、16000Hz、22050Hz、32000Hz和44100Hz。下面的代码示范了如何设置声卡的采样频率：

　　int rate = 22050;

　　int result = ioctl(handle, SNDCTL_DSP_SPEED, &rate);

　　if ( result == -1 ) {

　　perror("ioctl sample format");

　　return -1;

　　}

　　// 检查设置值的正确性

　　4.2 Mixer编程

　　声卡上的混音器由多个混音通道组成，它们可以通过驱动程序提供的设备文件/dev/mixer进行编程。对混音器的操作是通过ioctl系统调用来完成的，并且所有控制命令都由SOUND_MIXER或者MIXER开头，表1列出了常用的几个混音器控制命令：

　　名 称 作 用

　　SOUND_MIXER_VOLUME 主音量调节

　　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转换器

　　SOUND_MIXER_SPEAKER PC喇叭

　　SOUND_MIXER_LINE 音频线输入

　　SOUND_MIXER_MIC 麦克风输入

　　SOUND_MIXER_CD CD输入

　　SOUND_MIXER_IMIX 回放音量

　　SOUND_MIXER_ALTPCM 从D/A 转换器

　　SOUND_MIXER_RECLEV 录音音量

　　SOUND_MIXER_IGAIN 输入增益

　　SOUND_MIXER_OGAIN 输出增益

　　SOUND_MIXER_LINE1 声卡的第1输入

　　SOUND_MIXER_LINE2 声卡的第2输入

　　SOUND_MIXER_LINE3 声卡的第3输入