ALSA應用層編程播放wav音樂

關於ALSA，網上也有介紹，可是我在看的時候看的也是一臉懵逼，不是介紹的很差，是由於我以前對於嵌入式軟件這一塊實在沒什麼瞭解，以前一直學的JAVA，整個體系跟JAVA仍是有很大的區別，要學的也徹底是我以前沒了解過的，因此如下有說錯的請及時糾正。

功能

實如今linux中經過編程.C文件播放一個.wav格式的音頻文件

播放： 將音頻文件進行解碼(Decode)生成PCM數據, 並將其送入音頻設備中播出.

錄音： 本程序暫時不涉及錄音功能

ALSA

關於ALSA我不過多介紹，這篇筆記主要是記錄我如何成功播放音樂，主要是怕誤導別人，在我看來就是向上提供了接口供咱們使用，向下控制了硬件播放音樂，跟JAVA中的JDK提供的接口函數相似，你只管使用就能夠了。

• Linux ALSA聲卡驅動之一：ALSA架構簡介

還有一個是ALSA的官方的教程好像是，播放音樂總體順序我也是參考的這篇文章來寫的。

• ALSA Programming HOWTO

術語

關於ALSA中有一些術語着實是讓我懵逼的一批，有幾個術語我到如今還不知道理解的對不對，因此在正式編程以前必定要先知道，等本身編程的時候再理解一下。

由於聲音是連續模擬量，計算機將它離散化以後用數字表示，就有了如下幾個名詞術語

• 樣本長度(sample)：樣本是記錄音頻數據最基本的單位，計算機對每一個通道採樣量化時數字比特位數，常見的有8位和16位。

這個樣本長度後面編程時會用到的，按照字面意思理解的話，就是取出來8bit或者16bit的數據作樣本；就理解成一個樣本就能夠，只不過一個樣本的大小是8bit或者16bit，或者其餘大小。

• 通道(channel)：該參數爲1表示單聲道，2則是立體聲。

這個術語也好理解，單聲道應該就是隻有一個左耳機或右出聲音，而立體就是左右耳機都出聲的意思；每個通道都有一個樣本長度，單聲道的數據就是一個樣本長度（樣本），立體聲道的話2個樣本長度（樣本）。

• 幀(frame)：幀記錄了一個聲音單元，其長度爲樣本長度與通道數的乘積，一段音頻數據就是由苦幹幀組成的。

幀單位，把全部通道中的數據加在一塊兒叫作一幀，因此單聲道：一幀 = 樣本長度 * 1；雙聲道：一幀 = 樣本長度 * 2

• 採樣率(rate)：每秒鐘採樣次數，該次數是針對幀而言，經常使用的採樣率如8KHz的人聲，44.1KHz的mp3音樂, 96Khz的藍光音頻。

這個在編程時也比較好設置，沒什麼混淆的，固定的值也就那麼幾個，通常沒有隨便亂設置的數值

• 週期(period)：音頻設備一次處理所須要的楨數，對於音頻設備的數據訪問以及音頻數據的存儲，都是以此爲單位。

一個週期用來存放若干個幀的單元，ALSA函數是以一個週期爲單位來讀取音頻數據的，其實這個週期如今我也沒很好的理解到底什麼個意思， 是說ALSA向硬件輸入數據時，是以時間爲週期，在這個時間週期中輸入若干個幀呢？ 仍是說就是一個固定存儲空間大小叫作週期，而後這個週期大小的空間放入若干個幀？ 真是讓人頭大！！！！！！！

• 緩衝區(buffer): 用來存放將要被輸入到硬件的數據，我這麼理解也不知道對仍是不對

一個緩衝區通常有兩個週期，緩衝區是循環讀取的，好比一個緩衝區有兩個週期，那麼硬件在讀取一個緩衝區時便會產生兩次中斷，當第一個週期的音頻數據被取走就準備取第二個週期的音頻數據，同時第三個週期的音頻數據會填充到第一個音頻數據的位置，以此循環

• 交錯模式(interleaved)：是一種音頻數據的記錄方式，分爲交錯模式和非交錯模式

交錯模式與非交錯模式只是音頻數據存放在緩衝區時的一種方式， 在交錯模式下，數據以連續楨的形式存放，即首先記錄完楨1的左聲道樣本和右聲道樣本（假設爲立體聲格式），再開始楨2的記錄。 而在非交錯模式下，首先記錄的是一個週期內全部楨的左聲道樣本，再記錄右聲道樣本，數據是以連續通道的方式存儲。

看到上面的術語真是讓人頭大，可是不理解這些，等編程的時候也是瞎子摸象--一通亂摸，因此務必要先理解了這些術語，若是實在看不下去這術語，能夠編程的時候走到哪一步時再回過來一一對照理解也能夠。

ALSA編程

在用戶空間使用ALSA須要安裝依賴

alsa-lib： 用戶空間函數庫, 封裝驅動提供的抽象接口, 經過文件libasound.so提供API給應用程序使用

alsa-utils： 實用工具包,經過調用alsa-lib實現播放音頻(aplay)、錄音(arecord) 等工具

安裝

ubuntu 安裝

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install alsa-lib alsa-utils
複製代碼

Arch 安裝

$ sudo pacman -Sy alsa-lib alsa-utils glibc
複製代碼

安裝好之後須要運行 aplay -l 確認當前用戶可使用聲卡設備

$ aplay -l
複製代碼

若是沒有顯示圖片中的內容，能夠切換到root用戶試一下，或者把當前用戶加入到音頻組也能夠

$ gpasswd -a [user_name] audio
# 記得註銷一下，或者切換用戶後再切換回來,經過下面的命令能夠查看當前用戶是否已經加入audio組
$ groups [user_name]
# 再運行查看聲卡設備是否有了
$ aplay -l
複製代碼

編程

代碼我已經上傳到github，可自行下載後運行。

• GIthub ALSA 源碼

文件分爲：

• Makefile：make 的配置文件
• 1.wav：音頻文件
• alsa-myself-rw-wav-file-paly-music.c：C源碼文件
• const.h：C頭文件

在C源碼文件中我每一步都有註釋，使用的函數均可以在參考中的函數接口文檔中找到。

在源碼中我有一些本身的理解，若是以爲個人註釋對你起不到輔助做用能夠刪除。

buff_size 和 frame 的關係

在alsa中有這麼兩個函數 snd_pcm_hw_params_set_buffer_size函數 和 snd_pcm_writei 函數，在這以前我對這兩個函數的第三個參數就特別混淆，不知道該設置什麼，如今我有點明白了

首先這兩個函數的第三個參數都是傳入以 幀 爲單位的值，因此根本就是同一個值，第一個函數設置的是每次硬件能夠向多大的緩存中拿數據，第二個是應用層向多大的緩存輸入多少數據，這裏的數據都是 幀，因此我輸入的就是你拿的數據，那可不就是一個東西嘛

因此buff_size大小就無所謂了，一般爲 buffer_size = period_size * periods

最主要的是第三個參數frame如何計算，也特別好計算，就好像 RMB和美圓的換算是一個道理

buffer_size = RMB

frame（幀） = 美圓

錢的是1:7，在計算機中按照字節換算，首先要知道一幀（frame）等於到少字節，才能換算，如下使用16bit採樣長度換算，若是是其餘採樣長度換掉採樣長度便可。

# 這裏除以8 是由於 1字節 = 8bit
1 幀（frame） = 採樣長度 * 通道數 = 16 * 2 / 8 = 4
# 知道一幀的大小後，就能夠計算總共的幀大小了，右移兩位至關於除以4
frames = buffer_size >> 2;
複製代碼

通過計算的frames 就是要傳入兩個函數的第三個參數的值了。

使用

我本身是在樹莓派4上編譯使用的，進入到文件夾後，直接運行 make 命令便可在本目錄出現可執行文件 alsa

$ git clone https://github.com/ywhs/rpi-arm64.git
$ cd ALSA
$ make
# -m 參數的意思音樂文件，-f 是術語中提到的樣本長度，-r 是術語中提到的採樣率
$ ./alsa -m 1.wav -f 161 -r 44
# 161 是 S16_LE 162 是 S16_BE，以此類推，或者直接運行 ./alsa 查看均可以設置什麼值
$ ./alsa
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Either 1'st, 2'nd, 3'th or all parameters were missing 1'st : -m [music_filename] 
		music_filename.wav 

2'nd : -f [format 241bit or 16bit or 32bit] 161 for S16_LE, 162 for S16_BE 241 for S24_LE, 242 for S24_BE 2431 for S24_3LE, 2432 for S24_3BE 321 for S32_LE, 322 for S32_BE 3'th : -r [rate,44 or 88] 
		44 for 44100hz 
		82 for 88200hz 

For example: alsa -m 1.wav -f 161 -r 44 
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
複製代碼

通常不報錯的話把耳機插入樹莓派的耳機插口就能夠聽到音樂了

參考

• ALSA project C 函數接口文檔
• Linux音頻編程