Linux操作系統(tǒng)的聲音設(shè)備編程實(shí)例
Linux下的聲音設(shè)備編程比大多數(shù)人想象的要簡(jiǎn)單得多。一般說(shuō)來(lái)，我們常用的聲音設(shè)備是內(nèi)部揚(yáng)聲器和聲卡，它們都對(duì)應(yīng)/dev目錄下的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備文件，我們象打開(kāi)普通文件一樣打開(kāi)它們，用ioctl（）函數(shù)設(shè)置一些參數(shù)，然后對(duì)這些打開(kāi)的特殊文件進(jìn)寫(xiě)操作。
由于這些文件不是普通的文件，所以我們不能用ANSI C（標(biāo)準(zhǔn)C）的fopen、fclose等來(lái)操作文件，而應(yīng)該使用系統(tǒng)文件I/O處理函數(shù)（open、read、write、lseek和close）來(lái)處理這些設(shè)備文件。ioctl（）或許是Linux下最龐雜的函數(shù)，它可以控制各種文件的屬性，在Linux聲音設(shè)備編程中，最重要的就是使用此函數(shù)正確設(shè)置必要的參數(shù)。
下面我們舉兩個(gè)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)Linux下的聲音編程。由于此類編程涉及到系統(tǒng)設(shè)備的讀寫(xiě)，所以，很多時(shí)候需要你有root權(quán)限，如果你將下面的例子編譯后不能正確執(zhí)行，那么，首先請(qǐng)你檢查是否是因?yàn)闆](méi)有操縱某個(gè)設(shè)備的權(quán)限。
對(duì)內(nèi)部揚(yáng)聲器編程內(nèi)部揚(yáng)聲器是控制臺(tái)的一部分，所以它對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件為/dev/console。變量KIOCSOUND在頭文件 /usr /include /linux /kd.h中聲明，ioctl函數(shù)使用它可以來(lái)控制揚(yáng)聲器的發(fā)聲，使用規(guī)則為：
ioctl ( fd, KIOCSOUND, (int) tone);
fd為文件設(shè)備號(hào)，tone 是音頻值。當(dāng)tone為0時(shí)，終止發(fā)聲。必須一提的是它所理解的音頻和我們平常以為的音頻是不同的，由于計(jì)算機(jī)主板定時(shí)器的時(shí)鐘頻率為1.19MHZ，所以要進(jìn)行正確的發(fā)聲，必須進(jìn)行如下的轉(zhuǎn)換：揚(yáng)聲器音頻值=1190000/我們期望的音頻值。
揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)間的長(zhǎng)短我們通過(guò)函數(shù)usleep（unsigned long usec）來(lái)控制。它是在頭文件/usr /include /unistd.h中定義的，讓程序睡眠usec微秒。下面即是讓揚(yáng)聲器按指定的長(zhǎng)度和音頻發(fā)聲的程序的完整清單：
#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 >
/* 設(shè)定默認(rèn)值 */
#define DEFAULT_FREQ 440 /* 設(shè)定一個(gè)合適的頻率 */
#define DEFAULT_LENGTH 200 /* 200 微秒，發(fā)聲的長(zhǎng)度是以微秒為單位的*/
#define DEFAULT_REPS 1 /* 默認(rèn)不重復(fù)發(fā)聲 */
#define DEFAULT_DELAY 100 /* 同樣以微秒為單位*/
/* 定義一個(gè)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)所需的數(shù)據(jù)*/
typedef struct {
int freq; /* 我們期望輸出的頻率，單位為Hz */
int length; /* 發(fā)聲長(zhǎng)度，以微秒為單位*/
int reps; /* 重復(fù)的次數(shù)*/
int delay; /* 兩次發(fā)聲間隔，以微秒為單位*/
} beep_parms_t;
/* 打印幫助信息并退出*/
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);
}
/ * 分析運(yùn)行參數(shù)，各項(xiàng)意義如下：
* "-f <以HZ為單位的頻率值 >"
* "-l <以毫秒為單位的發(fā)聲時(shí)長(zhǎng) >"
* "-r <重復(fù)次數(shù) >"
* "-d <以毫秒為單位的間歇時(shí)長(zhǎng) >"
*/
void parse_command_line(char **argv, beep_parms_t *result) {
char *arg0 = *(argv++);
while ( *argv ) {
if ( !strcmp( *argv,"-f" )) { /*頻率*/
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" ) ) { /*時(shí)長(zhǎng)*/
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")) { /*重復(fù)次數(shù)*/
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")) { /* 延時(shí) */
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; /* 循環(huán)計(jì)數(shù)器 */
/* 設(shè)發(fā)聲參數(shù)為默認(rèn)值*/
beep_parms_t parms = {DEFAULT_FREQ, DEFAULT_LENGTH, DEFAULT_REPS,
DEFAULT_DELAY};
/* 分析參數(shù)，可能的話更新發(fā)聲參數(shù)*/
parse_command_line(argv, &parms);
/* 打開(kāi)控制臺(tái)，失敗則結(jié)束程序*/
if ( ( console_fd = open ( "/dev/console", O_WRONLY ) ) == -1 ) {
fprintf(stderr, "Failed to open console.\n");
perror("open");
exit(1);
}
/* 真正開(kāi)始讓揚(yáng)聲器發(fā)聲*/
for (i = 0; i < parms.reps; i++) {
/* 數(shù)字1190000從何而來(lái)，不得而知*/
int magical_fairy_number = 1190000/parms.freq;
ioctl(console_fd, KIOCSOUND, magical_fairy_number); /* 開(kāi)始發(fā)聲 */
usleep(1000*parms.length); /*等待... */
ioctl(console_fd, KIOCSOUND, 0); /* 停止發(fā)聲*/
usleep(1000*parms.delay); /* 等待... */
} /* 重復(fù)播放*/
return EXIT_SUCCESS;
}
#p#將上面的例子稍作擴(kuò)展，用戶即可以讓揚(yáng)聲器唱歌。只要找到五線譜或簡(jiǎn)譜的音階、音長(zhǎng)、節(jié)拍和頻率、發(fā)聲時(shí)長(zhǎng)、間隔的對(duì)應(yīng)關(guān)系就可以了。我現(xiàn)在還記得以前在DOS下編寫(xiě)出《世上只有媽媽好》時(shí)的興奮。***，說(shuō)一些提外話，這其實(shí)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的程序，但是我們卻用了很長(zhǎng)的篇幅，希望讀者從以上的代碼里能體會(huì)到寫(xiě)好的程序的一些方法，或許最重要的是添加注釋吧。一個(gè)程序的注釋永遠(yuǎn)不會(huì)嫌多，即便你寫(xiě)的時(shí)候覺(jué)得它根本是多余，但相信我，相信曾這樣告訴我們的許多優(yōu)秀的程序員：養(yǎng)成寫(xiě)很多注釋的習(xí)慣。
對(duì)聲卡編程
只要我們不是進(jìn)行諸如驅(qū)動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)之類的工作，對(duì)聲卡的編程和上面對(duì)揚(yáng)聲器的編程沒(méi)有什么本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)你試圖來(lái)編寫(xiě)諸如CD播放器、MP3播放器之類的復(fù)雜的程序時(shí)，你的工作是取獲得與CDROM控制、MP3解碼之類的信息，而讀寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)備的這一步在Linux下超互想象的簡(jiǎn)單。例如，Linux下最簡(jiǎn)單的播放wav的程序只有一行：cp $< >/dev/audio。將它寫(xiě)成一個(gè)shell文件，同樣是一個(gè)程序（shell 編程）。
我們首先需要知道一臺(tái)機(jī)器上是否有聲卡，一個(gè)檢查的辦法是檢查文件/dev/sndstat文件，如果打開(kāi)此文件錯(cuò)誤，并且錯(cuò)誤號(hào)是ENODEV，則說(shuō)明此機(jī)器沒(méi)有安裝聲卡。除此之外，試著去打開(kāi)文件/dev/dsp也可以來(lái)檢查是否安裝了聲卡。
Linux下和聲卡相關(guān)的文件有許多，如采集數(shù)字樣本的/dev/dsp文件，針對(duì)混音器的/dev/mixer文件以及用于音序器的/dev/sequencer等。文件/dev/audio是一個(gè)基于兼容性考慮的聲音設(shè)備文件，它實(shí)際是到上述數(shù)字設(shè)備的一個(gè)映射，它***的特色或許是對(duì)諸如wav這類文件格式的直接支持。我們下面的例子即使用了此設(shè)備文件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的錄音機(jī)：我們從聲卡設(shè)備（當(dāng)然要用麥克風(fēng)）讀取音頻數(shù)據(jù)，并將它存放到文件test.wav中去。要播放這個(gè)wav文件，只要如前面所述，使用命令cp test.wav >/dev/audio即可，當(dāng)然你也可以用Linux下其他的多媒體軟件來(lái)播放這個(gè)文件。
下面即是完整的程序清單：
/* 此文件中定義了下面所有形如SND_的變量*/
#include
#include
#include
#include
#include
main()
{
/* id：讀取音頻文件描述符；fd：寫(xiě)入的文件描述符。i，j為臨時(shí)變量*/
int id,fd,i,j;
/* 存儲(chǔ)音頻數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，可以調(diào)整*/
char testbuf[4096];
/* 打開(kāi)聲卡設(shè)備，失敗則退出*/
if ( ( id = open ( "/dev/audio", O_RDWR ) ) < 0 ) {
fprintf (stderr, " Can't open sound device!\n");
exit ( -1 ) ;
}
/* 打開(kāi)輸出文件，失敗則退出*/
if ( ( fd = open ("test.wav",O_RDWR))<0){
fprintf ( stderr, " Can't open output file!\n");
exit (-1 );
}
/* 設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，使得聲音設(shè)備工作正常*/
/* 詳細(xì)情況請(qǐng)參考Linux關(guān)于聲卡編程的文檔*/
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);
/* 讀取一定數(shù)量的音頻數(shù)據(jù)，并將之寫(xiě)到輸出文件中去*/
for ( j=0; j<10;){
i=read(id,testbuf,4096);
if(i>0){
write(fd,filebuf,i);
j++;
}
}
/* 關(guān)閉輸入、輸出文件*/
close(fd);
close(id);
}
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