ALSA

简介

官网：https://www.alsa-project.org/wiki/Main_Page

ALSA：Advanced Linux Sound Architecture，高级linux声音体系，它在Linux操作系统上提供了音频和MIDI（Musical Instrument Digital Interface，音乐设备数字化接口）的支持。

ALSA设备文件结构

# cd /dev/snd; ls -l;

crw-rw----+ 1 root audio 116, 8 2011-02-23 21:38 controlC0	 用于声卡的控制,例如通道选择,混音,麦克风的控制等 
crw-rw----+ 1 root audio 116, 4 2011-02-23 21:38 midiC0D0	 用于播放midi音频 
crw-rw----+ 1 root audio 116, 7 2011-02-23 21:39 pcmC0D0c	 用于录音的pcm设备 
crw-rw----+ 1 root audio 116, 6 2011-02-23 21:56 pcmC0D0p	 用于播放的pcm设备 
crw-rw----+ 1 root audio 116, 3 2011-02-23 21:38 seq		 音序器 
crw-rw----+ 1 root audio 116, 2 2011-02-23 21:38 timer	     定时器

其中,C0D0代表的是声卡0中的设备0 ; pcmC0D0c最后一个c代表capture ; pcmC0D0p最后一个p代表playback。

alsa相关函数及文件

函数及结构体

• AVFrame iFrame 存储非压缩的数据，输入
• AVFrame swapFrame 存储非压缩的数据，重采样
• AVPack oPacket 压缩即编码后的输入，输出

1. snd_pcm_hw_params_get_rate( )

2. snd_pcm_open( )

   • snd_config_update_ref

     这个函数作用是检查alsa配置文件是否发生了变化，包括文件名字和各个配置文件的内容是否修改，如果有修改，就重新加载配置文件树，刷新全局变量snd_config并增加一个snd_config的引用计数，调用snd_config_update_ref传入的top就是指向snd_config的指针，这个top当作参数传入snd_pcm_open_noupdate函数中。snd_config_unref接下来会减去snd_config的引用计数。

     首先创建顶层配置节点，然后打开/usr/share/alsa/alsa.conf，加载文件内容到顶层配置节点上，然后遍历所有的hooks，调用snd_config_hooks加载所有hooks，并调用相关的hooks函数打开对应的plugin动态库

   • snd_pcm_open_noupdate

3. avcodec_open2( )

   • 检测指定的codec和context里面的codec是否匹配。

   • 分配空间。

   • 检测codec各个参数合法性，并给某些字段赋初值。

   • 调用codec的init初始化codec。

   • 释放资源，返回。

配置文件

1. 参考网址 : https://www.cnblogs.com/lihaiping/p/alsaconfig.html

2. 配置文件的调用过程

   alsa-lib库 : alsa-lib-1.2.1.2/src/pcm/pcm.c

   snd_pcm_open( ) 函数作为打开一个pcm的接口. 具体的调用过程是 : static snd_pcm_open_noupdate —-> static snd_pcm_open_conf( )

   解析asound.conf过程 : https://www.xuebuyuan.com/1043778.html

3. snd_pcm_open内部直接解析的是usr/share/alsa/alsa.conf, 在这个文件中决定了etc/asound.conf和/.asoundrc这两个文件要不要调用

3.3 音频设备的定义

#  文件定义位置 : /system/core/include/system/audio.h
enum {
    AUDIO_DEVICE_NONE                          = 0x0,
    /* reserved bits */
    AUDIO_DEVICE_BIT_IN                        = 0x80000000,
    AUDIO_DEVICE_BIT_DEFAULT                   = 0x40000000,
    /* output devices */
    AUDIO_DEVICE_OUT_EARPIECE                  = 0x1,    // 听筒
    AUDIO_DEVICE_OUT_SPEAKER                   = 0x2,    // 扬声器
    AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADSET             = 0x4,    // 线控耳机，可以通过耳机控制远端播放、暂停、音量调节等功能的耳机
    AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE           = 0x8,    // 普通耳机，只能听，不能操控播放
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO             = 0x10,   // 单声道蓝牙耳机，十进制32
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_HEADSET     = 0x20,   // 车载免提蓝牙设备，十进制64
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_CARKIT      = 0x40,   // 立体声蓝牙耳机
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP            = 0x80,   // 十进制128
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_HEADPHONES = 0x100,  // 十进制256
    AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_SPEAKER    = 0x200,  // 十进制512
    AUDIO_DEVICE_OUT_AUX_DIGITAL               = 0x400,  // 十进制1024
    AUDIO_DEVICE_OUT_ANLG_DOCK_HEADSET         = 0x800,  // 十进制2048
    AUDIO_DEVICE_OUT_DGTL_DOCK_HEADSET         = 0x1000, // 十进制4096
};

alsa插件

asound.conf配置 https://www.alsa-project.org/main/index.php/Asoundrc

插件详解官网 https://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/pcm_plugins.html

1. 生成alsa配置文件 : alsactl store -f a.conf
2. 对于耳机的controls需要指定-c 1,默认走的是card 0
3. 播放音频的命令 arecord -D usbheadsetC -d 5 -f cd -r 48000 -c 2 -t wav test.wav

//查看控件
# amixer -c 1 controls 
numid=3,iface=MIXER,name='PCM Playback Switch'
numid=4,iface=MIXER,name='PCM Playback Volume'
numid=6,iface=MIXER,name='usbCapture_vol'
numid=5,iface=MIXER,name='usbPlay_vol'
numid=1,iface=PCM,name='Capture Channel Map'
numid=2,iface=PCM,name='Playback Channel Map'

    
//对控件进行配置
# amixer -c 1 sget usbCapture_vol 
Simple mixer control 'usbCapture_vol',0
  Capabilities: volume
  Playback channels: Front Left - Front Right
  Capture channels: Front Left - Front Right
  Limits: 0 - 255
  Front Left: 100 [39%]
  Front Right: 100 [39%]
# amixer -c 1 cget numid=5,iface=MIXER,name='usbCapture_vol'
numid=5,iface=MIXER,name='usbCapture_vol'
  ; type=INTEGER,access=rw---RW-,values=2,min=0,max=255,step=0
  : values=100,100
  | dBscale-min=-20.00dB,step=0.20dB,mute=0


# arecord -l
**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 0: smartpenknot [smartpen_knot], device 0: i2s-ecodec nau8822-hifi-0 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 0: smartpenknot [smartpen_knot], device 1: dmic dmic-codec-hifi-1 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 0: smartpenknot [smartpen_knot], device 2: i2s-tloop pcm-dump-2 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 1: EP3C [Meizu EP3C], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
# 
# aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: smartpenknot [smartpen_knot], device 0: i2s-ecodec nau8822-hifi-0 []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 1: EP3C [Meizu EP3C], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 0/1
  Subdevice #0: subdevice #0

ALSA音频工具

对于以下工具的使用，都可以直接输入“工具名”或“工具名 –help” 获得详细使用方法

arecode 录音

1. 查看录音设备 : arecode -l
2. 命令实例 : arecord -D hw:0,1 -d 10 -f cd -r 44100 -c 2 -t wav test.wav
3. 参数解析 :
   • -D 指定了录音设备，0,1 是card 0 device 1
   • -d 指定录音的时长，单位 : 秒
   • -f 指定采样格式，通过上面的信息知道只支持 cd cdr dat
   • -r 指定了采样率，单位 : Hz
   • -c 指定channel 个数
   • -t 指定生成的文件格式

lee@lee-virtual-machine:~$ arecord -l
**** CAPTURE 硬體裝置清單 ****
card 0: AudioPCI [Ensoniq AudioPCI], device 0: ES1371/1 [ES1371 DAC2/ADC]
  子设备: 1/1
  子设备 #0: subdevice #0
lee@lee-virtual-machine:~$ arecord -D hw:0,0 -d 10 -f cd -r 44100 -c 2 -t wav test.wav
正在录音 WAVE 'test.wav' : Signed 16 bit Little Endian, 频率44100Hz， Stereo
lee@lee-virtual-machine:~$ 

aplay 放音

1. 查看放音设备 : aplay -l

2. 命令实例 : aplay test.wav

   如果是直接播放pcm数据，则需要指定pcm格式 、采样率、channel个数等。

lee@lee-virtual-machine:~$ aplay -l
**** PLAYBACK 硬體裝置清單 ****
card 0: AudioPCI [Ensoniq AudioPCI], device 0: ES1371/1 [ES1371 DAC2/ADC]
  子设备: 0/1
  子设备 #0: subdevice #0
card 0: AudioPCI [Ensoniq AudioPCI], device 1: ES1371/2 [ES1371 DAC1]
  子设备: 1/1
  子设备 #0: subdevice #0
lee@lee-virtual-machine:~$ aplay test.wav 
正在播放 WAVE 'test.wav' : Signed 16 bit Little Endian, 频率44100Hz， Stereo
lee@lee-virtual-machine:~$ 

amixer 配参

amixer，是alsamixer的文本模式（命令行模式）用于配置音频的各个参数

1. 使用方法 :

   1. 用 # amixer controls 列出所有控制项。( 显示接口函数 )

   2. 如果对控制项不熟悉或者想查看当前的所有配置可以使用 # amixer contents 命令。(显示当前配置)

   3. 查看获取某个设置项的值用 # amixer cget + 控制参数 命令。 这里控制参数直接复制 # amixer controls 打印出来的数据就可以

   4. 根据控制参数类型设置控制参数使用 # amixer cset + 控制参数 + 设置参数 命令。

   5. values 表示数值对于 volume 之类的是具体的数字，在上下文菜单中有显示数值的范围，对于 switch 之类的表示开关一般是 on 或 off。

      另外一sget/sset系列的命令, 与cget/cset的使用相同

      //使用例子:
      //给的参数看value需要几个 需要什么类型进行相应的配置即可
      / # amixer cget numid=43,iface=MIXER,name='Speaker Playback Volum'
      numid=43,iface=MIXER,name='Speaker Playback Volume'
        ; type=INTEGER,access=rw---R--,values=2,min=0,max=63,step=0
        : values=63,63
        | dBscale-min=-57.00dB,step=1.00dB,mute=0
      / # 
      / # 
      / # 
      / # amixer cset numid=43,iface=MIXER,name='Speaker Playback Volum' 30 30 
      numid=43,iface=MIXER,name='Speaker Playback Volume'
        ; type=INTEGER,access=rw---R--,values=2,min=0,max=63,step=0
        : values=30,30
        | dBscale-min=-57.00dB,step=1.00dB,mute=0
      / # 

2. 保存及恢复方法

   对声卡信息状态进行保存 : alsactl store -f /var/lib/alsa/asound.state

   声卡状态恢复命令 : alsactl restore -f /var/lib/alsa/asound.state

Linux音频分析工具

1. audacity

   • 功能：查看各种格式音频的波形，并有裁剪、转换格式、生成特定音频数据等诸多功能

   • 下载方法 : sudo apt install audacity -o Acquire::http::proxy=”http://192.168.4.15:8080/"( -o 参数指定代理)

   • 使用方法：命令行输入audacity，添加音频文件即可

2. play

   • 由于aplay播放数据格式有限，play对于音频数据格式进行了较多的支持
   • play播放裸数据命令 : play -t raw -r 16000 -e signed-integer -b 16 -c 1 test.wav

API使用

代码链接：https://github.com/yangLieee/audioplayer

Q&A

1. Q：数据存储出来只有78字节，但是写函数已经执行完毕？

   A：这只是写了一个文件头，而最终文件没有写入。原因是：avio_open之后没有关闭，调用closep函数之后数据正常写入;

   ​ 调试流程：首先定位问题位置。在alsa录音完成之后将数据写入buffer中存储来看是否是alsa部分的录音问题。之后根据流程进行检查。一定要注意open close / new delete / 等配套的使用

2. 数据已经写结束 但是还是会再次执行一次其上面的程序

   if(fmtContext)                                                                    
          av_write_trailer(fmtContext);
   if(fmtContext != NULL){   
      if( avio_closep(&fmtContext->pb) < 0)
           printf("avio_closep error!");
      avformat_free_context(fmtContext);
   }
   
   /*
   av_write_trailer的作用
   	1. 循环调用interleave_packet()以及write_packet()，将还未输出的AVPacket输出出来。
   	2. 调用AVOutputFormat的write_trailer()，输出文件尾。
   avio_closep的作用
   	关闭输出文件的上下文,与avio_open相对应使用
   	
   这两个的使用需要保证av_write_trailer函数调用早于avio_closep
   如果不调用这两个函数会导致最终文件不能写出
   */

3. Q：重采样时 channel 可以正常转换, sample_rate采样率变化不能转换?

   A：在做采样率的重采样时, 对输出的context配置需要将采样点也做一下转换,否则已经转换成功但是生成的文件大小还是按照以前的输出进行.
   采样点转换函数 : av_rescale_rnd(iFrame->nb_samples, oSampleRate, iSampleRate, AV_ROUND_UP);

4. Q : 录音之后声音太小, 甚至有时候听不到, 需要如何调整?

   A : 通过amixer参数进行相应的配置

   /storage/recode # amixer cset numid=53,iface=MIXER,name='DMIC GAIN' 15
   numid=53,iface=MIXER,name='DMIC GAIN'
     ; type=INTEGER,access=rw---R--,values=1,min=0,max=31,step=0
     : values=15
     | dBscale-min=0.00dB,step=3.00dB,mute=0
   //这个步骤的作用是, 将dmic的增益调整为15 

5. Q: 耳机音量小但是amixer没有相关可以配置的参数?

   A : 通过asound.conf配置新的插件,

   https://alsa.opensrc.org/How_to_use_softvol_to_control_the_master_volume

参考资料（包含FFmpeg）

注：如果后续如涉及到FFmpeg文章，再将该部分内容移除，以下文章是在工作的开发中有帮助到自己

• ALSA（高级Linux声音架构）浅析

• ALSA框架介绍——音频通路

• ALSA - PCM接口

• Linux ALSA框架之三:PCM设备的创建

• FFmpeg源代码简单分析

• FFmpeg 中AVPacket的使用