请教Linux下ALSA声道切换

解各参数含义及些基本概念

本度(sample)：本记录音频数据基本单位见8位16位

通道数(channel)：该参数1表示单声道2则立体声

桢(frame)：桢记录声音单元其度本度与通道数乘积

采率(rate)：每秒钟采数该数针桢言

周期(period)：音频设备处理所需要桢数于音频设备数据访问及音频数据存储都单位

交错模式(interleaved)：种音频数据记录式交错模式数据连续桢形式存放即首先记录完桢1左声道本右声道本（假设立体声格式）再始桢2记录非交错模式首先记录周期内所桢左声道本再记录右声道本数据连续通道式存储数情况我需要使用交错模式

period(周期):硬件断间间隔间表示输入延

声卡接口指针指示声卡硬件缓存区前读写位置要接口运行指针循环指向缓存区某位置

frame size = sizeof(one sample) * nChannels

alsa配置缓存(buffer)周期(size)runtime帧(frames)形式存储

period_bytes = frames_to_bytes(runtime, runtime->period_size)

bytes_to_frames()

The period and buffer sizes are not dependent on the sample format because they are measured in framesyou do not need to change them.

ALSA声音编程介绍

ALSA表示高级Linux声音体系结构(Advanced Linux Sound Architecture)由系列内核驱应用程序编译接口(API)及支持Linux声音实用程序组篇文章我简单介绍ALSA项目基本框架及软件组主要集介绍PCM接口编程包括您自实践程序示例

您使用ALSA原能新并唯用声音API您想完低级声音 *** 作便能够化控制声音并化提高性能或者您使用其声音API没特性ALSA选择您已经写音频程序能想要ALSA声卡驱添加本支持您音频兴趣想播放音频文件高级API更选择比SDL,OpenAL及些桌面环境提供工具集另外您能ALSA支持Linux环境使用ALSA

ALSA历史

ALSA项目发起起Linux声卡驱(OSS/Free drivers)没积极维护并且落于新声卡技术Jaroslav Kysela早先写声卡驱并由始ALSA项目随便更发者加入发队伍更声卡支持API结构重组

Linux内核2.5发程ALSA合并官源码树发布内核2.6ALSA已经内建稳定内核版本并广泛使用

数字音频基础

声音由变化气压组麦克风转换器转换电形式模/数(ADC)转换器模拟电压转换离散本值声音固定间间隔采采速率称采率本输数/模(DAC)转换器比扩音器转换原模拟信号

本位表示本影响声音转换数字信号精确程度素另主要素采率奈奎斯特(Nyquist)理论要离散系统奈奎斯特频率高于采信号高频率或带宽避免混叠现象

ALSA基础

ALSA由许声卡声卡驱程序组同提供称libasoundAPI库应用程序发者应该使用libasound内核ALSA接口libasound提供高级并且编程便编程接口并且提供设备逻辑命名功能发者甚至需要知道类似设备文件低层接口相反OSS/Free驱内核系统调用级编程要求发者提供设备文件名并且利用ioctrl实现相应功能向兼容ALSA提供内核模块模拟OSS前许OSS基础发应用程序需要任何改ALSA运行另外libaoss库模拟OSS需要内核模块

ALSA包含插件功能使用插件扩展新声卡驱包括完全用软件实现虚拟声卡ALSA提供系列基于命令行工具集比混音器(mixer)音频文件播放器(aplay)及控制特定声卡特定属性工具

ALSA体系结构

ALSA API解几主要接口：

1 控制接口：提供管理声卡注册请求用设备通用功能

2 PCM接口：管理数字音频放(playback)录音(capture)接口本文续总结重点放接口发数字音频程序用接口

3 Raw MIDI接口:支持MIDI(Musical Instrument Digital Interface),标准电乐器些API提供声卡MIDI总线访问原始接口基于MIDI事件工作由程序员负责管理协议及间处理

4 定器(Timer)接口：同步音频事件提供声卡间处理硬件访问

5 序器(Sequencer)接口

6 混音器(Mixer)接口

设备命名

API库使用逻辑设备名设备文件设备名字真实硬件名字插件名字硬件名字使用hw:i,j格式其i卡号j块声卡设备号第声音设备hw:0,0.别名默认引用第块声音设备并且本文示例真用插件使用另外唯名字比plughw:,表示插件插件提供硬件设备访问提供像采率转换软件特性硬件本身并支持特性

声音缓存数据传输

每声卡都硬件缓存区保存记录本缓存区足够满声卡产断内核声卡驱使用直接内存(DMA)访问通道本传送内存应用程序缓存区类似于放任何应用程序使用DMA自缓存区数据传送声卡硬件缓存区

硬件缓存区环缓存说数据达缓存区末尾重新缓存区起始位置ALSA维护指针指向硬件缓存及应用程序缓存区数据 *** 作前位置内核外部看我应用程序缓存区兴趣所本文讨论应用程序缓存区

应用程序缓存区通ALSA库函数调用控制缓存区传输 *** 作能导致接受延迟我称延(latency)解决问题ALSA缓存区拆系列周期(period)(OSS/Free叫片断fragments).ALSAperiod单元传送数据

周期(period)存储些帧(frames)每帧包含间点所抓取本于立体声设备帧包含两信道本图1展示解程：缓存区解周期帧本图包含些假定数值图左右信道信息交替存储帧内称交错(interleaved)模式非交错模式信道所本数据存储另外信道数据

Over and Under Run

声卡数据总连续硬件缓存区应用程序缓存区间传输例外录音例应用程序读取数据够快循环缓存区新数据覆盖种数据丢失称overrun.放例应用程序写入数据缓存区速度够快缓存区"饿死"错误称"underrun"ALSA文档两种情形统称"XRUN"适设计应用程序化XRUN并且恢复

典型声音程序

使用PCM程序通类似面伪代码：

打放或录音接口

设置硬件参数(访问模式数据格式信道数采率等等)

while 数据要处理：

读PCM数据(录音)

或 写PCM数据(放)

关闭接口

我文看些工作代码我建议您Linux系统测试运行些代码查看输并尝试修改推荐代码本文相关所实例清单FTP获取：ftp.ssc.com/pub/lj/listings/issue126/6735.tgz

Listing 1. Display Some PCM Types and Formats

#include asoundlib.h>

int main() {

int val

printf("ALSA library version: %s/n",

SND_LIB_VERSION_STR)

printf("/nPCM stream types:/n")

for (val = 0val <= SND_PCM_STREAM_LASTval++)

printf(" %s/n",

snd_pcm_stream_name((snd_pcm_stream_t)val))

printf("/nPCM access types:/n")

for (val = 0val <= SND_PCM_ACCESS_LASTval++)

printf(" %s/n",

snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val))

printf("/nPCM formats:/n")

for (val = 0val <= SND_PCM_FORMAT_LASTval++)

if (snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val)

!= NULL)

printf(" %s (%s)/n",

snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val),

snd_pcm_format_description(

(snd_pcm_format_t)val))

printf("/nPCM subformats:/n")

for (val = 0val <= SND_PCM_SUBFORMAT_LAST

val++)

printf(" %s (%s)/n",

snd_pcm_subformat_name((

snd_pcm_subformat_t)val),

snd_pcm_subformat_description((

snd_pcm_subformat_t)val))

printf("/nPCM states:/n")

for (val = 0val <= SND_PCM_STATE_LASTval++)

printf(" %s/n",

snd_pcm_state_name((snd_pcm_state_t)val))

return 0

}

清单显示些ALSA使用PCM数据类型参数首先需要做包括文件些文件包含所库函数声明其显示ALSA库版本

程序剩部迭代些PCM数据类型流类型始ALSA每迭代值提供符号量名并且提供功能函数显示某特定值描述字符串看ALSA支持许格式我1.0.15版本支持达36种格式

程序必须链接alsalib库通编译需要加-lasound选项些alsa库函数使用dlopen函数及浮点 *** 作所您能需要加-ldl,-lm选项

面该程序Makefile:

CC=gcc

TARGET=test

SRC=$(wildcard *.c)

OBJECT= ${SRC:.c=.o}

INCLUDES=-I/usr/include/alsa

LDFLAGS=-lasound

all:$(TARGET)

$(OBJECT):$(SRC)

$(CC) -c $(INCLUDES) $<

$(TARGET):$(OBJECT)

$(CC) -o $@ $<$(LDFLAGS)

.PHONY:clean

clean:

@rm -rf $(OBJECT) $(TARGET) *~

Listing 2. Opening PCM Device and Setting Parameters

/*

This example opens the default PCM device, sets

some parameters, and then displays the value

of most of the hardware parameters. It does not

perform any sound playback or recording.

*/

/* Use the newer ALSA API */

#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API

/* All of the ALSA library API is defined

* in this header */

#include asoundlib.h>

int main() {

int rc

snd_pcm_t *handle

snd_pcm_hw_params_t *params

unsigned int val, val2

int dir

snd_pcm_uframes_t frames

/* Open PCM device for playback. */

rc = snd_pcm_open(&handle, "default",

SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)

if (rc <0) {

fprintf(stderr,

"unable to open pcm device: %s/n",

snd_strerror(rc))

exit(1)

}

/* Allocate a hardware parameters object. */

snd_pcm_hw_params_alloca(?ms)

/* Fill it in with default values. */

snd_pcm_hw_params_any(handle, params)

/* Set the desired hardware parameters. */

/* Interleaved mode */

snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params,

SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)

/* Signed 16-bit little-endian format */

snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params,

SND_PCM_FORMAT_S16_LE)

/* Two channels (stereo) */

snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2)

/* 44100 bits/second sampling rate (CD quality) */

val = 44100

snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle,

params, &val, &dir)

/* Write the parameters to the driver */

rc = snd_pcm_hw_params(handle, params)

if (rc <0) {

fprintf(stderr,

"unable to set hw parameters: %s/n",

snd_strerror(rc))

exit(1)

}

/* Display information about the PCM interface */

printf("PCM handle name = '%s'/n",

snd_pcm_name(handle))

printf("PCM state = %s/n",

snd_pcm_state_name(snd_pcm_state(handle)))

snd_pcm_hw_params_get_access(params,

(snd_pcm_access_t *) &val)

printf("access type = %s/n",

snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val))

snd_pcm_hw_params_get_format(params, &val)

printf("format = '%s' (%s)/n",

snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val),

snd_pcm_format_description(

(snd_pcm_format_t)val))

snd_pcm_hw_params_get_subformat(params,

(snd_pcm_subformat_t *)&val)

printf("subformat = '%s' (%s)/n",

snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val),

snd_pcm_subformat_description(

(snd_pcm_subformat_t)val))

snd_pcm_hw_params_get_channels(params, &val)

printf("channels = %d/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_rate(params, &val, &dir)

printf("rate = %d bps/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_period_time(params,

&val, &dir)

printf("period time = %d us/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_period_size(params,

&frames, &dir)

printf("period size = %d frames/n", (int)frames)

snd_pcm_hw_params_get_buffer_time(params,

&val, &dir)

printf("buffer time = %d us/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params,

(snd_pcm_uframes_t *) &val)

printf("buffer size = %d frames/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_periods(params, &val, &dir)

printf("periods per buffer = %d frames/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_rate_numden(params,

&val, &val2)

printf("exact rate = %d/%d bps/n", val, val2)

val = snd_pcm_hw_params_get_sbits(params)

printf("significant bits = %d/n", val)

snd_pcm_hw_params_get_tick_time(params,

&val, &dir)

printf("tick time = %d us/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_is_batch(params)

printf("is batch = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_is_block_transfer(params)

printf("is block transfer = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_is_double(params)

printf("is double = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_is_half_duplex(params)

printf("is half duplex = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_is_joint_duplex(params)

printf("is joint duplex = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_can_overrange(params)

printf("can overrange = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_can_mmap_sample_resolution(params)

printf("can mmap = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_can_pause(params)

printf("can pause = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_can_resume(params)

printf("can resume = %d/n", val)

val = snd_pcm_hw_params_can_sync_start(params)

printf("can sync start = %d/n", val)

snd_pcm_close(handle)

return 0

}

需求：USB Headset插上去后，声音要从本地CODEC切换到USB Headset输出/输入。

上网搜了有关USB Audio Hotplug的东西，比较适用的资源如下：1、Hotplugging USB audio devices (Howto)

题目看起来很吻合我们的问题，事实上并没有多少参考价值。其中脚本

/etc/hotplug/usb/extigy或许可以捕捉到USB Audio设备的热插拔事件，应该可以进一步验证和利用，留意这点。

2、Example to map USB Ports to ALSA card numbers and

add each sound card to a combined, single interface device

这是利用udev来获取USB热插拔事件，虽然Android没有udev，但例子程序对热插拔事件字符串的处理值得参考。

3、USB mic on Linux

其实我们工作的第一步：验证USB Headset是否可以回放录音。

3.1、插上USB Headset，可以看到alsa的确加载了USB Audio，如下：

~ # cat /proc/asound/cards

0 [WMTSOC ]: HWDAC - WMT_SOC

WMT_SOC (HWDAC)

1 [default]: USB-Audio - C-Media USB Headphone Set

3.2、参考了这个链接，写了如下的配置文件/etc/asond.conf：

pcm.!default {type asymplayback.pcm {type plugslave.pcm hw:1,0}capture.pcm {type plugslave.pcm hw:1,0}}

重启后，声音就从Headset出来了。

hw:1,0对应card1即USB-Audio - C-Media USB Headphone Set4、Linux下USB设备热插拔

到此，需要考虑在Android平台切换USB Audio的实现问题了。有几个途径：1/

hotplug/usb；2/ udev；3/ netlink。这里就是netlink的实现方式，链接里有个证实可用的例子程序，目前可能需要做热插拔事件字符串的处理。

难点：Android音频设备的切换底层入口是alsa_default.cpp，目前看来需要在asound.conf定义好local CODEC和USB Audio的plug；还需要修改

alsa_default.cpp，最主要Android要知道USBAudio插上时打开

USB Audio的plug，

USB Audio拔下时打开local CODEC的plug。这样一想，修改的幅度还是蛮大的。而且未能确定如果在播放的过程中，切换音频设备是否有影响？如果alsa允许只是配置好asound.conf达到同样的目的，那就好办了，可惜目前找不到这方面的资料，应该没有这个便利了。

进展：2011/9/19：按照以上难点分析，大致完成了整个Android框架层的代码和ALSA配置文件，基本实现了USB Audio热插拔时的音频设备切换。但有个很大的问题：在播放时切换音频设备会导致AudioFlinger服务crash（之前做2G通话时也遇到这个问题，用其他办法规避了）。看来在切换音频设备时，应该停止播放；等切换完成后，再恢复播放。

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