Linux认证:Linux操作系统的声音设备编程

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:07

Linux认证:Linux操作系统的声音设备编程
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，而应该使用系统文件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系统设备的读写，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，而读写系统设备的这一步在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）;
}

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