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基於ALSA的WAV播放和錄音程式

阿新 • • 發佈：2019-02-08

這段時間在探索ALSA架構，從ALSA Core到ALSA Lib，再到Android Audio System。在看ALSA Lib時，寫了一個比較典型的基於ALSA的播放錄音程式。程式包包含四個部分：

WAV Parser是對WAV檔案的分析和封裝，這裡只針對Standard WAV File；

SND Common是Playback 和Record共同操作，如SetParams、ReadPCM和WritePCM等；

Playback和Record就分別是播放錄音的主體了。

原理很簡單，以Playback為例：從WAV檔案讀取PCM資料，通過I2S或AC97依次送到Audio Codec。難點在於對snd_pcm_hw_params_t的設定，尤其要確定每次要送到Audio Codec的資料幀大小(peroid_size)，這個稍後解釋。

1、從WAV檔案的頭資訊可以分析出：sample_format、channels number、sample_rate、sample_length，這些引數要通過snd_pcm_hw_params_set_XXX()介面設定到snd_pcm_hw_params_t中。

2、接著我們要設定buffer_time 和peroid_time。通過snd_pcm_hw_params_get_buffer_time_max()介面可以獲取該Audio Codec可以支援的最大buffer_time，這裡我們設定buffer_time = (MAX_BUFFER_TIME > 500000) ? 500000 : MAX_BUFFER_TIME; peroid_time = buffer_time/4。

關於peroid的概念有這樣的描述：The “period” is a term that corresponds to a fragment in the OSS world. The period defines the size at which a PCM interrupt is generated. 從底層驅動看來，應該是PCM DMA單次傳送資料幀的大小。其實真正關注底層驅動的話，它並不是關心peroid_time，它關心的是peroid_size，這兩者有轉換關係。具體見struct snd_pcm_hardware結構體。

3、通過snd_pcm_hw_params_get_period_size()取得peroid_size，注意在ALSA中peroid_size是以frame為單位的。The configured buffer and period sizes are stored in “frames” in the runtime. 1 frame = channels * sample_size. 所以要對peroid_size進行轉換：chunk_bytes = peroid_size * sample_length / 8。chunk_bytes就是我們單次從WAV讀PCM資料的大小。

之後的過程就乏善可陳了。唯一要留意的是snd_pcm_writei()和snd_pcm_readi()的第三個引數size也是以frame為單位，不要忘記frames和bytes的轉換。

  1. //File   : wav_parser.h
  2. //Author : Loon <[email protected]>
  3. #ifndef __WAV_PARSER_H
  4. #define __WAV_PARSER_H
  5. typedef unsigned char  uint8_t;  
  6. typedef unsigned short uint16_t;  
  7. typedef unsigned int   uint32_t;  
  8. #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
  9. #define COMPOSE_ID(a,b,c,d) ((a) | ((b)<<8) | ((c)<<16) | ((d)<<24))
  10. #define LE_SHORT(v)           (v)
  11. #define LE_INT(v)               (v)
  12. #define BE_SHORT(v)           bswap_16(v)
  13. #define BE_INT(v)               bswap_32(v)
  14. #elif __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
  15. #define COMPOSE_ID(a,b,c,d) ((d) | ((c)<<8) | ((b)<<16) | ((a)<<24))
  16. #define LE_SHORT(v)           bswap_16(v)
  17. #define LE_INT(v)               bswap_32(v)
  18. #define BE_SHORT(v)           (v)
  19. #define BE_INT(v)               (v)
  20. #else
  21. #error "Wrong endian"
  22. #endif
  23. #define WAV_RIFF        COMPOSE_ID('R','I','F','F')
  24. #define WAV_WAVE        COMPOSE_ID('W','A','V','E')
  25. #define WAV_FMT         COMPOSE_ID('f','m','t',' ')
  26. #define WAV_DATA        COMPOSE_ID('d','a','t','a')
  27. /* WAVE fmt block constants from Microsoft mmreg.h header */
  28. #define WAV_FMT_PCM             0x0001
  29. #define WAV_FMT_IEEE_FLOAT      0x0003
  30. #define WAV_FMT_DOLBY_AC3_SPDIF 0x0092
  31. #define WAV_FMT_EXTENSIBLE      0xfffe
  32. /* Used with WAV_FMT_EXTENSIBLE format */
  33. #define WAV_GUID_TAG        "/x00/x00/x00/x00/x10/x00/x80/x00/x00/xAA/x00/x38/x9B/x71"
  34. /* it's in chunks like .voc and AMIGA iff, but my source say there 
  35.    are in only in this combination, so I combined them in one header; 
  36.    it works on all WAVE-file I have 
  37.  */
  38. typedefstruct WAVHeader {  
  39.     uint32_t magic;     /* 'RIFF' */
  40.     uint32_t length;        /* filelen */
  41.     uint32_t type;      /* 'WAVE' */
  42. } WAVHeader_t;  
  43. typedefstruct WAVFmt {  
  44.     uint32_t magic;  /* 'FMT '*/
  45.     uint32_t fmt_size; /* 16 or 18 */
  46.     uint16_t format;        /* see WAV_FMT_* */
  47.     uint16_t channels;  
  48.     uint32_t sample_rate;   /* frequence of sample */
  49.     uint32_t bytes_p_second;  
  50.     uint16_t blocks_align;  /* samplesize; 1 or 2 bytes */
  51.     uint16_t sample_length; /* 8, 12 or 16 bit */
  52. } WAVFmt_t;  
  53. typedefstruct WAVFmtExtensible {  
  54.     WAVFmt_t format;  
  55.     uint16_t ext_size;  
  56.     uint16_t bit_p_spl;  
  57.     uint32_t channel_mask;  
  58.     uint16_t guid_format;   /* WAV_FMT_* */
  59.     uint8_t guid_tag[14];   /* WAV_GUID_TAG */
  60. } WAVFmtExtensible_t;  
  61. typedefstruct WAVChunkHeader {  
  62.     uint32_t type;      /* 'data' */
  63.     uint32_t length;        /* samplecount */
  64. } WAVChunkHeader_t;  
  65. typedefstruct WAVContainer {  
  66.     WAVHeader_t header;  
  67.     WAVFmt_t format;  
  68.     WAVChunkHeader_t chunk;  
  69. } WAVContainer_t;  
  70. int WAV_ReadHeader(int fd, WAVContainer_t *container);  
  71. int WAV_WriteHeader(int fd, WAVContainer_t *container);  
  72. #endif /* #ifndef __WAV_PARSER_H */

  1. //File   : wav_parser.c
  2. //Author : Loon <[email protected]>
  3. #include <assert.h>
  4. #include <stdio.h>
  5. #include <stdlib.h>
  6. #include <unistd.h>
  7. #include <fcntl.h>
  8. #include "wav_parser.h"
  9. #define WAV_PRINT_MSG
  10. char *WAV_P_FmtString(uint16_t fmt)  
  11. {  
  12.     switch (fmt) {  
  13.     case WAV_FMT_PCM:  
  14.         return"PCM";  
  15.         break;  
  16.     case WAV_FMT_IEEE_FLOAT:  
  17.         return"IEEE FLOAT";  
  18.         break;  
  19.     case WAV_FMT_DOLBY_AC3_SPDIF:  
  20.         return"DOLBY AC3 SPDIF";  
  21.         break;  
  22.     case WAV_FMT_EXTENSIBLE:  
  23.         return"EXTENSIBLE";  
  24.         break;  
  25.     default:  
  26.         break;  
  27.     }  
  28.     return"NON Support Fmt";  
  29. }  
  30. void WAV_P_PrintHeader(WAVContainer_t *container)  
  31. {  
  32.     printf("+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/n");  
  33.     printf("/n");  
  34.     printf("File Magic:         [%c%c%c%c]/n",   
  35.         (char)(container->header.magic),   
  36.         (char)(container->header.magic>>8),   
  37.         (char)(container->header.magic>>16),   
  38.         (char

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