Linux聲音設備編程實例 
本文出自:http://www.china-pub.com 作者: 姚繼鋒　 (2001-08-09 12:00:01) 
　　Linux下的聲音設備編程比大多數人想象的要簡單得多。一般說來，我們常用的聲音設備是內部揚聲器和聲卡，它們都對應/dev目錄下的一個或多個設備文件，我們象打開普通文件一樣打開它們，用ioctl（）函數設置一些參數，然后對這些打開的特殊文件進寫操作。
　　由于這些文件不是普通的文件，所以我們不能用ANSI C（標準C）的fopen、fclose等來操作文件，而應該使用系統文件I/O處理函數（open、read、write、lseek和close）來處理這些設備文件。ioctl（）或許是Linux下最龐雜的函數，它可以控制各種文件的屬性，在Linux聲音設備編程中，最重要的就是使用此函數正確設置必要的參數。
　　下面我們舉兩個實際的例子來說明如何實現Linux下的聲音編程。由于此類編程涉及到系統設備的讀寫，所以，很多時候需要你有root權限，如果你將下面的例子編譯后不能正確執行，那么，首先請你檢查是否是因為沒有操縱某個設備的權限。

1. 對內部揚聲器編程
　　內部揚聲器是控制臺的一部分，所以它對應的設備文件為/dev/console。變量KIOCSOUND在頭文件 /usr /include /linux /kd.h中聲明，ioctl函數使用它可以來控制揚聲器的發聲，使用規則為：
　　ioctl ( fd, KIOCSOUND, (int) tone);
　　fd為文件設備號，tone 是音頻值。當tone為0時，終止發聲。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，由于計算機主板定時器的時鐘頻率為1.19MHZ，所以要進行正確的發聲，必須進行如下的轉換：
　　揚聲器音頻值=1190000/我們期望的音頻值。
　　揚聲器發聲時間的長短我們通過函數usleep（unsigned long usec）來控制。它是在頭文件/usr /include /unistd.h中定義的，讓程序睡眠usec微秒。下面即是讓揚聲器按指定的長度和音頻發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 >

/* 設定默認值 */
#define DEFAULT_FREQ 440 /* 設定一個合適的頻率 */
#define DEFAULT_LENGTH 200 /* 200 微秒，發聲的長度是以微秒為單位的*/
#define DEFAULT_REPS 1 /* 默認不重復發聲 */
#define DEFAULT_DELAY 100 /* 同樣以微秒為單位*/

/* 定義一個結構，存儲所需的數據*/
typedef struct {
int freq; /* 我們期望輸出的頻率，單位為Hz */
int length; /* 發聲長度，以微秒為單位*/
int reps; /* 重復的次數*/
int delay; /* 兩次發聲間隔，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);
}

/ * 分析運行參數，各項意義如下：
* "-f <以HZ為單位的頻率值 >"
* "-l <以毫秒為單位的發聲時長 >"
* "-r <重復次數 >"
* "-d <以毫秒為單位的間歇時長 >"
*/
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" ) ) { /*時長*/
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")) { /*重復次數*/
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 */
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; /* 循環計數器 */
/* 設發聲參數為默認值*/
beep_parms_t parms = {DEFAULT_FREQ, DEFAULT_LENGTH, DEFAULT_REPS, 
DEFAULT_DELAY};
/* 分析參數，可能的話更新發聲參數*/
parse_command_line(argv, &parms);

/* 打開控制臺，失敗則結束程序*/
if ( ( console_fd = open ( "/dev/console", O_WRONLY ) ) == -1 ) {
fprintf(stderr, "Failed to open console.\n");
perror("open");
exit(1);
}

/* 真正開始讓揚聲器發聲*/
for (i = 0; i < parms.reps; i++) {
/* 數字1190000從何而來，不得而知*/
int magical_fairy_number = 1190000/parms.freq;

ioctl(console_fd, KIOCSOUND, magical_fairy_number); /* 開始發聲 */
usleep(1000*parms.length); /*等待... */
ioctl(console_fd, KIOCSOUND, 0); /* 停止發聲*/
usleep(1000*parms.delay); /* 等待... */
} /* 重復播放*/
return EXIT_SUCCESS;
}
　　將上面的例子稍作擴展，用戶即可以讓揚聲器唱歌。只要找到五線譜或簡譜的音階、音長、節拍和頻率、發聲時長、間隔的對應關系就可以了。我現在還記得以前在DOS下編寫出《世上只有媽媽好》時的興奮。最后，說一些提外話，這其實是一個很簡單的程序，但是我們卻用了很長的篇幅，希望讀者從以上的代碼里能體會到寫好的程序的一些方法，或許最重要的是添加注釋吧。一個程序的注釋永遠不會嫌多，即便你寫的時候覺得它根本是多余，但相信我，相信曾這樣告訴我們的許多優秀的程序員：養成寫很多注釋的習慣。

2. 對聲卡編程
　　只要我們不是進行諸如驅動設備開發之類的工作，對聲卡的編程和上面對揚聲器的編程沒有什么本質的區別。當你試圖來編寫諸如CD播放器、MP3播放器之類的復雜的程序時，你的工作是取獲得與CDROM控制、MP3解碼之類的信息，而讀寫系統設備的這一步在Linux下超互想象的簡單。例如，Linux下最簡單的播放wav的程序只有一行：cp $< >/dev/audio。將它寫成一個shell文件，同樣是一個程序（shell 編程）。
　　我們首先需要知道一臺機器上是否有聲卡，一個檢查的辦法是檢查文件/dev/sndstat文件，如果打開此文件錯誤，并且錯誤號是ENODEV，則說明此機器沒有安裝聲卡。除此之外，試著去打開文件/dev/dsp也可以來檢查是否安裝了聲卡。
　　Linux下和聲卡相關的文件有許多，如采集數字樣本的/dev/dsp文件，針對混音器的/dev/mixer文件以及用于音序器的/dev/sequencer等。文件/dev/audio是一個基于兼容性考慮的聲音設備文件，它實際是到上述數字設備的一個映射，它最大的特色或許是對諸如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備文件實現了一個簡單的錄音機：我們從聲卡設備（當然要用麥克風）讀取音頻數據，并將它存放到文件test.wav中去。要播放這個wav文件，只要如前面所述，使用命令cp test.wav >/dev/audio即可，當然你也可以用Linux下其他的多媒體軟件來播放這個文件。
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 <sys/soundcard.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

main()
{
/* id：讀取音頻文件描述符；fd：寫入的文件描述符。i，j為臨時變量*/
int id,fd,i,j;
/* 存儲音頻數據的緩沖區，可以調整*/
char testbuf[4096];
/* 打開聲卡設備，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 );
}
/* 設置適當的參數，使得聲音設備工作正常*/
/* 詳細情況請參考Linux關于聲卡編程的文檔*/
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);
/* 讀取一定數量的音頻數據，并將之寫到輸出文件中去*/
for ( j=0; j<10;){
i=read(id,testbuf,4096);
if(i>0){
write(fd,filebuf,i);
j++;
}
}
/* 關閉輸入、輸出文件*/
close(fd);
close(id);
}

3. 用戶真正編程需要的資料
《Linux Sound User's Guide》
《Linux Sound HOWTO》