使用ALSA编写自己的音频程序

作者：北京中科红旗软件技术有限公司 孔伟　

Alsa是Linux高级音频接口。面对众多的音频设备，Alsa为Linux音频开发人员提供了一套标准的访问机制，使得音频开发变得十分容易。不信？下面我们就利用它编写一个简单的录音/播音程序，不过这需要你有一定的计算机语言基础。

一个典型的音频程序应该具有以下结构：

打开音频设备

为设备设置读写参数

向音频设备读/写音频数据

关闭设备

Alsa库为我们实现这些操作提供了丰富的接口。

首先让我们封装一个打开音频设备的函数：

snd_pcm_t *pcm_handle;

bool device_open(int mode){
if (snd_pcm_open (&pcm_handle, “default” , mode , 0) < 0)
return false;
return true;
}

snd_pcm_open是Alsa库提供的打开设备调用函数，这里我们指定打开缺省的音频设备，并根据参数mode将设备置为录音或是播放状态，如果设备打开成功，pcm_handle便指向该设备句柄，我们用全局变量保存起来，方便以后使用。

第二步是设置参数，参数设置不当将会导致音频设备无法正常工作。在设置参数前，我们需要了解一下各个参数的含义以及一些基本概念。

样本长度(sample)：样本是记录音频数据最基本的单位，常见的有8位和16位。

通道数(channel)：该参数为1表示单声道，2则是立体声。

桢(frame)：桢记录了一个声音单元，其长度为样本长度与通道数的乘积。

采样率(rate)：每秒钟采样次数，该次数是针对桢而言。

周期(period)：音频设备一次处理所需要的桢数，对于音频设备的数据访问以及音频数据的存储，都是以此为单位。

交错模式(interleaved)：是一种音频数据的记录方式，在交错模式下，数据以连续桢的形式存放，即首先记录完桢1的左声道样本和右声道样本（假设为立体声格式），再开始桢2的记录。而在非交错模式下，首先记录的是一个周期内所有桢的左声道样本，再记录右声道样本，数据是以连续通道的方式存储。不过多数情况下，我们只需要使用交错模式就可以了。

明白了各参数含义及关系后，我们开始设置参数：

int bit_per_sample; //样本长度(bit)
int period_size; //周期长度(桢数)
int chunk_byte; //周期长度(字节数)
snd_pcm_hw_params_t *params; //定义参数变量

bool device_setparams()
{
snd_pcm_hw_params_t *hw_params;
snd_pcm_hw_params_malloc (&hw_params); //为参数变量分配空间
snd_pcm_hw_params_malloc (&params);
snd_pcm_hw_params_any ( pcm_handle, hw_params ); //参数初始化
snd_pcm_hw_params_set_access ( pcm_handle, hw_params,
 SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); //设置为交错模式
snd_pcm_hw_params_set_format( pcm_handle, hw_params,
 SND_FORMAT_S16_LE); //使用用16位样本
snd_pcm_hw_params_set_rate_near( pcm_handle, hw_params,
 44100, 0); //设置采样率为44.1KHz
snd_pcm_hw_params_set_channels( pcm_handle, hw_params, 2); //设置为立体声
snd_pcm_hw_params_get_period_size( hw_params, &period_size); //获取周期长度
bit_per_sample = snd_pcm_hw_format_physical_width( hw_params.format );
 //获取样本长度
chunk_byte = period_size * bit_per_sample * hw_params.channels / 8;
//计算周期长度（字节数(bytes) = 每周期的桢数 * 样本长度(bit) * 通道数 / 8 ）
snd_pcm_hw_params( pcm_handle, hw_params); //设置参数
params = hw_params; //保存参数，方便以后使用
snd_pcm_hw_params_free( hw_params); //释放参数变量空间
return true;

}

这里先使用了Alsa提供的一系列snd_pcm_hw_params_set_函数为参数变量赋值。最后才通过snd_pcm_hw_params将参数传递给设备。需要说明的是正式的开发中需要处理参数设置失败的情况，这里仅做为示例程序而未作考虑。

设置好参数后便可以开始录音了。录音过程实际上就是从音频设备中读取数据信息并保存。

char *wave_buf;
int wave_buf_len;
bool device_capture( int dtime /*录音长度（单位：秒）*/){
　wave_buf_len = dtime * params.rate * bit_per_sample * params.channels / 8 ;
 //计算音频数据长度（秒数 * 采样率 * 桢长度）
　char *data = wave_buf = (char*)malloc( wave_buf_len ); //分配空间

int r = 0;
while ( data ?C wave_buf <= wave_buf_len ?C chunk_size ){
r = snd_pcm_readi( pcm_handle, data , chunk_size);
if ( r>0 ) data += r * chunk_byte;
else
return false
}
return true;
}

形参dtime用来确定录音时间，根据录音时间分配数据空间，再调用snd_pcm_readi从音频设备读取音频数据，存放到wave_buf中。

同样的原理，我们再添加一个播放函数，向音频设备写入数据：

bool device_play(){
char *data = wave_buf;
int r = 0;
while ( data ?C wave_buf <= wave_buf_len ?C chunk_size ){
r = snd_pcm_writei( pcm_handle, data , chunk_size);
if ( r>0 ) data += r * chunk_byte;
else
return false
}
return true;
}

最后我们给这个示例程序加上main函数

#include <alsa/asoundlib.h>

bool device_open( int mode);
bool device_setparams();
bool device_capture( int dtime );
bool device_play();
char *wave_buf;
int wave_buf_len;
int bit_per_sample;
int period_size;
int chunk_byte;
int chunk_size;
snd_pcm_hw_params_t *params;

int main( int , char** ){
//录音
if (!device_open(SND_PCM_STREAM_CAPTURE ) return 1;
if (!device_setparams()) return 2;
if (!device_capture( 3 )) return 3; //录制3秒
snd_pcm_close( pcm_handle );

//播放
if (!device_open( SND_PCM_STREAM_PLAYBACK ) return 4;
if (!device_setparams()) return 5;
if (!device_play()) return 6;
snd_pcm_close( pcm_handle );

return 0;
}

这样，我们便完成了一个具有录音，播音的功能的音频程序，因为使用了alsa库，如果你使用的是gcc编译器，最后链接时记得要带上参数——lasound 。

限于篇幅，Alsa接口提供的强大功能不仅于此，有兴趣的读者可以参阅ALSA HOWTO，那上面你一定能够发现Alsa的强大之处。