Linux操作系统的声音设备编程实例

来源:岁月联盟 编辑:zhuzhu 时间:2006-11-22
Linux操作系统的声音设备编程实例内容简介:Linux下的声音设备编程比大多数人想象的要简单得多。一般说来,我们常用的声音设备是内部扬声器和声卡,它们都对应/dev目录下的一个或多个设备文件,我们象打开普通文件一样打开它们,用ioctl()函数设置一些参数   Linux下的声音设备编程比大多数人想象的要简单得多。一般说来,我们常用的声音设备是内部扬声器和声卡,它们都对应/dev目录下的一个或多个设备文件,我们象打开普通文件一样打开它们,用ioctl()函数设置一些参数,然后对这些打开的特殊文件进写操作。

  由于这些文件不是普通的文件,所以我们不能用ANSI C(标准C)的fopen、fclose等来操作文件,而应该使用文件I/O处理函数(open、read、write、lseek和close)来处理这些设备文件。ioctl()或许是Linux下最庞杂的函数,它可以控制各种文件的属性,在Linux声音设备编程中,最重要的就是使用此函数正确设置必要的参数。

  下面我们举两个实际的例子来说明如何实现Linux下的声音编程。由于此类编程涉及到设备的读写,所以,很多时候需要你有root权限,如果你将下面的例子编译后不能正确执行,那么,首先请你检查是否是因为没有操纵某个设备的权限。

  对内部扬声器编程内部扬声器是控制台的一部分,所以它对应的设备文件为/dev/console。变量KIOCSOUND在头文件 /usr /include /linux /kd.h中声明,ioctl函数使用它可以来控制扬声器的发声,使用规则为:

  ioctl ( fd, KIOCSOUND, (int) tone);

  fd为文件设备号,tone 是音频值。当tone为0时,终止发声。必须一提的是它所理解的音频和我们平常以为的音频是不同的,由于计算机主板定时器的时钟频率为1.19MHZ,所以要进行正确的发声,必须进行如下的转换:扬声器音频值=1190000/我们期望的音频值。

  扬声器发声时间的长短我们通过函数usleep(unsigned long usec)来控制。它是在头文件/usr /include /unistd.h中定义的,让程序睡眠usec微秒。下面即是让扬声器按指定的长度和音频发声的程序的完整清单:

#include < fcntl.h > #include < stdio.h > #include < stdlib.h > #include < string.h > #include < unistd.h > #include < sys/ioctl.h > #include < sys/types.h > #include < linux/kd.h > /* 设定默认值 */ #define DEFAULT_FREQ 440 /* 设定一个合适的频率 */ #define DEFAULT_LENGTH 200 /* 200 微秒,发声的长度是以微秒为单位的*/ #define DEFAULT_REPS 1 /* 默认不重复发声 */ #define DEFAULT_DELAY 100 /* 同样以微秒为单位*/ /* 定义一个结构,存储所需的数据*/ typedef struct { int freq; /* 我们期望输出的频率,单位为Hz */ int length; /* 发声长度,以微秒为单位*/ int reps; /* 重复的次数*/ int delay; /* 两次发声间隔,以微秒为单位*/ } beep_parms_t; /* 打印帮助信息并退出*/ void usage_bail ( const char *executable_name ) { printf ( "Usage: /n /t%s [-f frequency] [-l length] [-r reps] [-d delay] /n ", executable_name ); exit(1); } / * 分析运行参数,各项意义如下: * "-f <以HZ为单位的频率值 >" * "-l <以毫秒为单位的发声时长 >" * "-r <重复次数 >" * "-d <以毫秒为单位的间歇时长 >" */ void parse_command_line(char **argv, beep_parms_t *result) { char *arg0 = *(argv++); while ( *argv ) { if ( !strcmp( *argv,"-f" )) { /*频率*/ int freq = atoi ( *( ++argv ) );  if ( ( freq <= 0 ) | | ( freq > 10000 ) ) { fprintf ( stderr, "Bad parameter: frequency must be from 1..10000/n" ); exit (1) ; } else { result->freq = freq; argv++;  } } else if ( ! strcmp ( *argv, "-l" ) ) { /*时长*/ int length = atoi ( *(++argv ) ); if (length < 0) { fprintf(stderr, "Bad parameter: length must be >= 0/n"); exit(1); } else { result->length = length; argv++; }  } else if (!strcmp(*argv, "-r")) { /*重复次数*/ int reps = atoi(*(++argv)); if (reps < 0) { fprintf(stderr, "Bad parameter: reps must be >= 0/n"); exit(1); } else { result->reps = reps; argv++; }  } else if (!strcmp(*argv, "-d")) { /* 延时 */ int delay = atoi(*(++argv)); if (delay < 0) { fprintf(stderr, "Bad parameter: delay must be >= 0/n"); exit(1); } else { result->delay = delay; argv++; }  } else { fprintf(stderr, "Bad parameter: %s/n", *argv); usage_bail(arg0); } } }  int main(int argc, char **argv) { int console_fd; int i; /* 循环计数器 */ /* 设发声参数为默认值*/ beep_parms_t parms = {DEFAULT_FREQ, DEFAULT_LENGTH, DEFAULT_REPS,  DEFAULT_DELAY}; /* 分析参数,可能的话更新发声参数*/ parse_command_line(argv, &parms); /* 打开控制台,失败则结束程序*/ if ( ( console_fd = open ( "/dev/console", O_WRONLY ) ) == -1 ) { fprintf(stderr, "Failed to open console./n"); perror("open"); exit(1); } /* 真正开始让扬声器发声*/ for (i = 0; i < parms.reps; i++) { /* 数字1190000从何而来,不得而知*/ int magical_fairy_number = 1190000/parms.freq; ioctl(console_fd, KIOCSOUND, magical_fairy_number); /* 开始发声 */ usleep(1000*parms.length); /*等待... */ ioctl(console_fd, KIOCSOUND, 0); /* 停止发声*/ usleep(1000*parms.delay); /* 等待... */ } /* 重复播放*/ return EXIT_SUCCESS; }

  将上面的例子稍作扩展,用户即可以让扬声器唱歌。只要找到五线谱或简谱的音阶、音长、节拍和频率、发声时长、间隔的对应关系就可以了。我现在还记得以前在DOS下编写出《世上只有妈妈好》时的兴奋。最后,说一些提外话,这其实是一个很简单的程序,但是我们却用了很长的篇幅,希望读者从以上的代码里能体会到写好的程序的一些方法,或许最重要的是添加注释吧。一个程序的注释永远不会嫌多,即便你写的时候觉得它根本是多余,但相信我,相信曾这样告诉我们的许多优秀的程序员:养成写很多注释的习惯。

  对声卡编程

  只要我们不是进行诸如驱动设备开发之类的工作,对声卡的编程和上面对扬声器的编程没有什么本质的区别。当你试图来编写诸如CD播放器、MP3播放器之类的复杂的程序时,你的工作是取获得与CDROM控制、MP3解码之类的信息,而读写设备的这一步在Linux下超互想象的简单。例如,Linux下最简单的播放wav的程序只有一行:cp $< >/dev/audio。将它写成一个shell文件,同样是一个程序(shell 编程)。

  我们首先需要知道一台机器上是否有声卡,一个检查的办法是检查文件/dev/sndstat文件,如果打开此文件错误,并且错误号是ENODEV,则说明此机器没有安装声卡。除此之外,试着去打开文件/dev/dsp也可以来检查是否安装了声卡。

  Linux下和声卡相关的文件有许多,如采集数字样本的/dev/dsp文件,针对混音器的/dev/mixer文件以及用于音序器的/dev/sequencer等。文件/dev/audio是一个基于兼容性考虑的声音设备文件,它实际是到上述数字设备的一个映射,它最大的特色或许是对诸如wav这类文件格式的直接支持。我们下面的例子即使用了此设备文件实现了一个简单的录音机:我们从声卡设备(当然要用麦克风)读取音频数据,并将它存放到文件test.wav中去。要播放这个wav文件,只要如前面所述,使用命令cp test.wav >/dev/audio即可,当然你也可以用Linux下其他的多媒体软件来播放这个文件。

  下面即是完整的程序清单:

/* 此文件中定义了下面所有形如SND_的变量*/ #include  #include  #include  #include  #include  main() { /* id:读取音频文件描述符;fd:写入的文件描述符。i,j为临时变量*/ int id,fd,i,j; /* 存储音频数据的缓冲区,可以调整*/ char testbuf[4096]; /* 打开声卡设备,失败则退出*/ if ( ( id = open ( "/dev/audio", O_RDWR ) ) < 0 ) { fprintf (stderr, " Can't open sound device!/n"); exit ( -1 ) ; } /* 打开输出文件,失败则退出*/ if ( ( fd = open ("test.wav",O_RDWR))<0){ fprintf ( stderr, " Can't open output file!/n"); exit (-1 ); } /* 设置适当的参数,使得声音设备工作正常*/ /* 详细情况请参考Linux关于声卡编程的文档*/ i=0; ioctl (id,SNDCTL_DSP_RESET,(char *)&i) ; ioctl (id,SNDCTL_DSP_SYNC,(char *)&i); i=1; ioctl (id,SNDCTL_DSP_NONBLOCK,(char *)&i); i=8000; ioctl (id,SNDCTL_DSP_SPEED,(char *)&i); i=1; ioctl (id,SNDCTL_DSP_CHANNELS,(char *)&i); i=8; ioctl (id,SNDCTL_DSP_SETFMT,(char *)&i); i=3; ioctl (id,SNDCTL_DSP_SETTRIGGER,(char *)&i); i=3; ioctl (id,SNDCTL_DSP_SETFRAGMENT,(char *)&i); i=1; ioctl (id,SNDCTL_DSP_PROFILE,(char *)&i); /* 读取一定数量的音频数据,并将之写到输出文件中去*/ for ( j=0; j<10;){ i=read(id,testbuf,4096); if(i>0){ write(fd,filebuf,i); j++; } } /* 关闭输入、输出文件*/ close(fd); close(id); }