Linux实现音频录放

一、原理简述

在Linux下，录音——从dsp设备读取数据，放音——向dsp设备写入数据。

开发板采用声卡UDA1341实现音频编解码，完成A/D和D/A转换，芯片UDA1341与CPU的连接图如下：

为了实现全双工，数据传输需要使用两个DMA通道。以音频回放为例，数据传输先由内部总线送到内存，然后传到DMA控制器通道1，再通过IIS控制器写入IIS总线并传输给音频芯片，通道2用来录音。

二、WAV文件

WAVE是录音时用的标准的Windows文件格式，文件的扩展名为“wav”，数据本身的格式为PCM或压缩型，属于无损音乐格式的一种,符合RIFF(Resource Interchange File Format）规范。所有的WAV都有一个文件头，这个文件头音频流的编码参数。数据块的记录方式是小端（little-endian）字节顺序，标志符并不是字符串而是单独的符号

以采样率为8kHz，量化位数为16，单通道的record.wav文件为例，文件前三行信息如下：

第一列表示地址，一行表示16个字节。

0x52,0x49,0x46,0x46 //“RIFF”4个字符对应的ASCII码值

0x57,0x41,0x56,0x45,0x66,0x6D,0x74,0x20 //“WAVEfmt ”各个字符对应的ASCII码值

0x10,0x00,0x00,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00//sizeof(PCMWAVEFORMAT)4Byte，格式类别2B，通道数1B（声道）

0x40,0x1F,0x00,0x00,0x80,0x3E,0x00,0x00， //采样频率0X0001F40= 8kHZ（8000Hz）4B，0x00003E80B/s=16kB/s 4B

0x02,0x00,0x10,0x00,0x64,0x61,0x74,0x61};//数据调整数0x0002（1*16/8）2B，即一个采样点所占的字节数，样本数据位数0x10（16位）2B，即一个采样点所表示的位数 “data”4B

地址000014H~000017H的值：2400 01 00即十六进制0x00010024，对应十进制65572（65536+36），表示从0x08开始到文件尾的总字节数；

地址000028H~00002BH的值：0080 0C 00即十六进制0x00010000，对应十进制65536，表示采样数据总数。

录音测试命令：cat /dev/sound/dsp > audio.wav

使用cat命令生成的audio.wav是一个PCM纯音频文件：

通过添加wav文件头，可以生成一个标准的wav音频文件：

三、Linux下实现录放音

注意驱动程序中的默认参数，应用程序可以通过ioctl()函数设置新的取值。

Open()函数：采用何种模式对声卡进行操作也必须在打开设备时指定，对于不支持全双工的声卡来说，应该使用只读或者只写的方式打开，只有那些支持全双工的声卡，才能以读写的方式打开，这还依赖于驱动程序的具体实现。open_mode有三种选择：O_RDONLY，O_WRONLY和O_RDWR，分别表示只读、只写和读写。OSS建议尽量使用只读或只写，只有在全双工的情况下（即录音和放音同时）才使用读写模式。Linux 允许应用程序多次打开或者关闭与声卡对应的设备文件，从而能够很方便地在放音状态和录音状态之间进行切换。

注意，用户始终要读/写一个完整的采样。例如一个16-bit的立体声模式下，每个采样有4个字节，所以应用程序每次必须读/写4的倍数个字节。

源码如下：

#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<linux/soundcard.h>
 
#define LENGTH 3    // 存储秒数
#define RATE 44100  // 采样频率
#define SIZE 16     // 量化位数
#define CHANNELS 2  // 声道数目
/* 用于保存数字音频数据的内存缓冲区*/
unsigned charbuf[LENGTH*RATE*SIZE*CHANNELS/8];
int main()
{
                intfd;     // 声音设备的文件描述符
                intarg;    // 用于ioctl调用的参数
                intstatus; // 系统调用的返回值    
                /*打开声音设备 */
                fd= open("/dev/sound/dsp", O_RDONLY);
                if(fd< 0)
                {
                        perror("openof /dev/sound/dsp failed");
                        exit(1);
                }
 
                /*设置采样时的量化位数 */
                arg= SIZE;
                status= ioctl(fd, SOUND_PCM_WRITE_BITS, &arg);
                if(status== -1)
                        perror("SOUND_PCM_WRITE_BITSioctl failed");
                if(arg!= SIZE)
                        perror("unableto set sample size");
                /*设置采样时的声道数目 */
                arg= CHANNELS;
                status= ioctl(fd, SNDCTL_DSP_STEREO, &arg);
                if(status== -1)
                        perror("SNDCTL_DSP_STEREOioctl failed");
                if(arg!= CHANNELS)
                        perror("unableto set number of channels");
                /*设置采样时的采样频率 */
                arg= RATE;
                status= ioctl(fd, SNDCTL_DSP_SPEED, &arg);
                if(status== -1)
                        perror("SNDCTL_DSP_SPEEDioctl failed");
                if(arg!= RATE)
                        perror("unableto set rate");
 
                printf("Saysomething:\n");
                status= read(fd, buf, sizeof(buf)); //recording
                if(status!= sizeof(buf))
                        perror("readwrong number of bytes");
                printf("Yousaid:\n");
                close(fd);
                fd= open("/dev/sound/dsp", O_WRONLY);
                if(fd< 0)
                {
                        perror("openof /dev/sound/dsp failed");
                        exit(1);
                } 
               
                /*设置采样时的量化位数 */
                arg= SIZE;
                status= ioctl(fd, SOUND_PCM_WRITE_BITS, &arg);
                if(status == -1)
                       perror("SOUND_PCM_WRITE_BITS ioctl failed");
                if(arg != SIZE)
                        perror("unable toset sample size");
                /*设置采样时的声道数目 */
                arg = CHANNELS;
                status = ioctl(fd, SNDCTL_DSP_STEREO,&arg);
                if(status == -1)
                       perror("SNDCTL_DSP_STEREO ioctl failed");
                if(arg != CHANNELS)
                        perror("unable toset number of channels");
                /* 设置采样时的采样频率 */
                arg = RATE;
                status = ioctl(fd,SNDCTL_DSP_SPEED, &arg);
                if(status == -1)
                       perror("SNDCTL_DSP_SPEED ioctl failed");
                if(arg != RATE)
                        perror("unable toset rate");
 
                status= write(fd, buf, sizeof(buf)); //playing
                if(status!= sizeof(buf))
                        perror("wrotewrong number of bytes");
                close(fd);
                return0;
}

程序中的注意点是open()函数的参数设置，之前采用参数O_RDWR，结果放音时总是出现错误，具体出错原因可能与驱动程序的设置有关。本设计中，正确的设置是当recording时，选择O_RDONLY，当playing时，选择O_WRONLY。

(责任编辑：IT)

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