音频系统，Alsa 里面的buff 是怎么计算的？

(干货)Ai音箱和Linux音频驱动小谈
Linux ALSA 图解
我在MTK平台下调试音频ALSA

我们知道声音是模拟信号，模拟信号转成数字信号就一定有大小，既然有大小，那我们就需要开辟内存来保存这些数据。

---- 我们知道，视频流的一帧就是一张图像 ------ 但是音频不一样，音频的一帧不能表示是一句话，因为你不知道一个人说话的时间长度。

java读取音频代码

int bufferLen = mSampleRateInHz * channels * 2 / 10; // 100ms data//int bufferLen = 2048;if ((channels == 1) && (mSampleRateInHz == 32000) && (mAudioSource == 6) && (mMaxChannels > 0)){ // get raw databufferLen = 16000 * mMaxChannels * 2 / 10; // 100ms data}byte[] buffer = new byte[bufferLen];mAudioRecorder = new AudioRecord(mAudioSource, mSampleRateInHz, mChannelConfig,AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, bufferLen * 10); //1 sec bufferwhile(true){size = mAudioRecorder.read(buffer, 0, bufferLen); //100ms}

tinycap 里面的 pcm_read 代码

int pcm_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count)
{struct snd_xferi x;if (!(pcm->flags & PCM_IN))return -EINVAL;x.buf = data;x.frames = count / (pcm->config.channels *pcm_format_to_bits(pcm->config.format) / 8);for (;;) {if (!pcm->running) {if (pcm_start(pcm) < 0) {fprintf(stderr, "start error");return -errno;}}if (ioctl(pcm->fd, SNDRV_PCM_IOCTL_READI_FRAMES, &x)) {pcm->prepared = 0;pcm->running = 0;if (errno == EPIPE) {/* we failed to make our window -- try to restart */pcm->underruns++;continue;}return oops(pcm, errno, "cannot read stream data");}return 0;}
}

提炼下重点

我们在里面看的一个英文单词 frames ，frames 相当一帧的数据。

----但是这个一帧跟视频流里面的一张图像又不是一个概念，这里的一帧相当于声音里面的最小计量单位。

音频帧图解

解释一下上面的图片

假设我们使用的是一个立体声 16位 16k的音频流，不管是录音还是播放都一样，那么

立体声 = 2通道
1次ADC转换样本数据是 16bits = 2bytes
1个帧代表所有通道的ADC转换数据。那么我们现在是双通道，所以
- 1帧 = （通道数） * （样本大小bytes） = 2 * 2 = 4bytes
为了能支持2 * 16k的采样率，系统必须支持如下的速度
- bsp_rate = (通道数) * （1个样本长度） * （采样率） = 1帧 * 采样率 =
  2 * 2 *16k = 64000bytes/sec（秒）

假设现在 alsa每秒中断DMA一次。那么我们每秒都需要64000bytes数据准备好，才能满足一个双通道 16 位 16k的音频流。

如果半秒中断一次，那么每次中断就是 64000bytes/ 2 = 32000bytes
如果我们100ms 产生一次中断，那么每次中断就是 64000bytes / 10 = 6400bytes

我们可以通过设置period size 来控制pcm中断的产生。

反推一下
---- 如果我们设置一个16位双通道16k的音频流，并且每次都有1600帧数据
---- 4 byte * 1600frams = 6400字节
---- 一次中断会需要6400字节的数据
----那么他就是100ms中断一次「看上面的推断」。

alsa会自己适应实际的buffer_size 和period_size，根据请求的通道数，和他们其他的一些属性。

把音频格式转换成bits的代码

unsigned int pcm_format_to_bits(enum pcm_format format)
{switch (format) {case PCM_FORMAT_S32_LE:case PCM_FORMAT_S24_LE:return 32;case PCM_FORMAT_S24_3LE:return 24;default:case PCM_FORMAT_S16_LE:return 16;};
}

我们会使用这个函数拿到对应格式的音频bit「正常是16bit 和 32bit」，但是，我们读写数据是字节对齐bytes对齐的，这也是我们看到很多地方有除以8这个操作的原因。

 x.buf = data;x.frames = count / (pcm->config.channels *pcm_format_to_bits(pcm->config.format) / 8);

测试的小程序

---- 用来录音的测试程序

#include <stdio.h>#define UNUSED(x) (void)(x)int main(int argc, char **argv) {UNUSED(argc);UNUSED(argv);char *cmd = "tinycap /sdcard/1.pcm -D 0 -d 3 -r 16000 -c 2 -b 16";char buf[256];FILE *fp = popen(cmd, "r");for (int i=0; i<16; i++) {int result = fread(buf, 1, sizeof(buf), fp);printf("read %d bytes\n", result);}pclose(fp);return 0;
}

这个程序会打开声卡 0 第 3 个pcm通路去录音。
我们这里没有设置「-p」这个属性，加上这个属性之后，就会知道在1秒内的中断次数，从而知道1秒内的音频大小了。当然了，我们不设置，也会有一个默认值的。

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