音频开发中常见的知识体系

        在 Linux 系统中,/dev/snd 目录包含与声音设备相关的文件。每个文件代表系统中的一部分音频硬件或音频控制接口。以下是你列出的文件及其含义:

一.基本术语

        样本长度(sample):样本是记录音频数据最基本的单位,计算机对每个通道采样量化时数字比特位数,常见的有8位和16位。

        通道数(channel):该参数为1表示单声道,2则是立体声。帧(frame):帧记录了一个声音单元,其长度为样本长度与通道数的乘积,一段音频数据就是由苦干帧组成的。

        采样率(rate):每秒钟采样次数,该次数是针对帧而言,常用的采样率如8KHz的人声, 44.1KHz的mp3音乐, 96Khz的蓝光音频。

        周期(period):音频设备一次处理所需要的桢数,对于音频设备的数据访问以及音频数据的存储,都是以此为单位。

        交错模式(interleaved):是一种音频数据的记录方式。在交错模式下,数据以连续桢的形式存放,即首先记录完桢1的左声道样本和右声道样本(假设为立体声格式),再开始桢2的记录。而在非交错模式下,首先记录的是一个周期内所有桢的左声道样本,再记录右声道样本,数据是以连续通道的方式存储。不过多数情况下,我们只需要使用交错模式就可以了。

        period(周期): 硬件中中断间的间隔时间。它表示输入延时。

        比特率(Bits Per Second):比特率表示每秒的比特数,比特率=采样率×通道数×样本长度

二.ALSA的API构成

ALSA API可以分解成以下几个主要的接口:

        控制接口:提供管理声卡注册和请求可用设备的通用功能

        PCM接口:管理数字音频回放(playback)和录音(capture)的接口。本文后续总结重点放在这个接口上,因为它是开发数字音频程序最常用到的接口。

        Raw MIDI接口:支持MIDI(Musical Instrument Digital Interface),标准的电子乐器。这些API提供对声卡上MIDI总线的访问。这个原始接口基于MIDI事件工作,由程序员负责管理协议以及时间处理。

        定时器(Timer)接口:为同步音频事件提供对声卡上时间处理硬件的访问。

        时序器(Sequencer)接口混音器(Mixer)接口 

三.by-path/

        这个目录包含了音频设备的路径符号链接。它为每个音频设备创建了一个表示设备连接方式的符号链接,通常用于区分设备的物理位置,如与 USB、PCI、或者其他硬件接口的关系。

四.ALSA设备文件结构

        我们从alsa在linux中的设备文件结构开始我们的alsa之旅. 看看我的电脑中的alsa驱动的设备文件结构:

   controlC0, controlC1, controlC7, 等:这些文件是音频控制设备的接口。C0C1C7 等代表不同的声卡或音频设备编号。通过这些控制文件,你可以调整音量、选择音频源、设置静音等音频硬件的操作。

  • controlC0 是音频设备 0 的控制接口。
  • controlC1 是音频设备 1 的控制接口。
  • controlC7 是音频设备 7 的控制接口。
  1. pcmC0D0c, pcmC0D0p, pcmC1D0p, 等:这些文件是 PCM(脉冲编码调制)设备的接口,主要用于音频数据的播放和录制。

    • pcmC0D0cpcmC0D0p 分别是音频设备 0 上的输入和输出 PCM 接口。c 代表 capture(录音输入),p 代表 playback(播放输出)。
    • pcmC1D0p 是音频设备 1 的播放接口,pcmC7D0ppcmC7D1p 是音频设备 7 上的播放接口。
  2. timer:这个文件用于音频定时器的接口。在多媒体系统中,定时器用于同步音频播放、录制等任务。它管理音频设备的时间相关操作,确保音频数据流的正确时序。

        总结来说,/dev/snd 目录下的这些文件是 Linux 系统与声音硬件交互的接口,允许你进行音频的播放、录制以及控制。你可以通过这些文件进行音量控制、选择音频输入输出设备、以及管理音频流的定时等操作。

 五.音频设备信息

        你可以使用 catarecord, aplay 等工具来查看音频设备的详细信息。这会列出所有音频设备的列表,包括它们的卡号、名称以及其他详细信息。

cat  /proc/asound/cards

      

   使用 aplay 查看音频输出设备:

 aplay -l

        通过 aplay -l 命令列出的输出显示了系统中的所有音频播放硬件设备。每个设备都被分配了一个 卡号(card) 和一个 设备号(device),以及它们的 子设备(subdevices),这些信息用于描述设备的功能和音频流的配置。

 card 0: rockchiprk3308v [rockchip,rk3308-vad], device 0: dailink-multicodecs multicodec-0 [] Subdevices: 0/1 Subdevice #0: subdevice #0

  • card 0:这代表第 0 张声卡,名称是 rockchiprk3308v,它是 Rockchip RK3308 的音频设备。
  • device 0:这是第 0 个音频设备,名称为 dailink-multicodecs。该设备支持多种音频编解码(multicodec)。
  • Subdevices: 0/1:表示该设备支持的子设备数量。在此,只有一个子设备,且它当前不可用(0/1,表示有 1 个子设备但没有被使用)。
  • Subdevice #0:这是子设备的标识符,它是播放音频流的实体。

card 1: UAC1Gadget [UAC1_Gadget], device 0: UAC1_PCM [UAC1_PCM]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0

  • card 1:这是第 1 张声卡,设备名为 UAC1Gadget,它是一个 USB 音频设备,通常用于 UAC(USB Audio Class)设备。
  • device 0:这是第 0 个设备,名为 UAC1_PCM,表示这是一个用于音频播放的设备。
  • Subdevices: 1/1:该设备只有一个子设备,并且该子设备当前可用(1/1)。
  • Subdevice #0:这是子设备的标识符,表示该设备当前可以用来播放音频流。

card 7: Loopback [Loopback], device 0: Loopback PCM [Loopback PCM]
  Subdevices: 8/8
  Subdevice #0: subdevice #0
  Subdevice #1: subdevice #1
  Subdevice #2: subdevice #2
  Subdevice #3: subdevice #3
  Subdevice #4: subdevice #4
  Subdevice #5: subdevice #5
  Subdevice #6: subdevice #6
  Subdevice #7: subdevice #7
 

子设备的意义

  • Subdevices:每个音频设备可以有多个子设备。子设备用于处理实际的音频流。
    • 在播放音频时,子设备用于标识具体的音频输出通道。
    • 如果一个设备具有多个子设备,它可以同时处理多个音频流,每个子设备对应一个独立的音频输出。
    • 比如,Loopback 设备通常用于将音频信号从一个设备“捕获”并“播放”到同一设备的不同子设备上。这样可以进行音频信号的循环传输。

   使用 arecord 查看音频输入设备:

 arecord -l

         在 ALSA 中,设备标识符如 hw:0,0 代表的是第一个声卡(hw:0)的第一个设备(0)。在此基础上,你还可能遇到更多类似的标识符,例如 hw:0,1hw:1,0 等,这些代表了系统中的其他设备和声卡。每个设备对应系统中的一个音频接口或硬件设备。为了查找更多与 hw:0,0 类似的设备,你可以使用以下方法进行详细检查。

  • card 0: Rockchip [Rockchip Audio] 表示声卡 0(hw:0)是一个 Rockchip 音频设备。
  • device 0device 1 分别对应 hw:0,0hw:0,1 设备。
  • 如果还有其他卡(如 card 1: USB [USB Audio]),则会列出类似 hw:1,0hw:1,1 等设备。

        提供的 /proc/asound/devices 文件输出中,设备的编号和类型是以数字表示的。例如,0-01-0 等,这些并不是指 hw:0,0hw:1,0 这样的传统格式,而是 ALSA 使用的设备编号系统。

 

 

  • 设备编号:在设备编号中,017 等数字代表的是声卡编号,类似于 hw:0hw:1 等。
  • 子设备编号:设备编号后面的 - 和数字(如 0-01-0)表示子设备或设备上的接口。例如,0-0 就是声卡 0 上的第一个设备(hw:0,0),1-0 是声卡 1 上的第一个设备(hw:1,0)。

根据设备的编号和类型进一步确认设备。举例说明:

  • [0-0]: digital audio playback:表示声卡 0 上的第一个播放设备(即 hw:0,0)。
  • [0-0]: digital audio capture:表示声卡 0 上的第一个捕获设备(即 hw:0,0)。
  • [1-0]: digital audio playback:表示声卡 1 上的第一个播放设备(即 hw:1,0)。
  • [7-0]: digital audio playback:表示声卡 7 上的第一个播放设备(即 hw:7,0)。

 

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