在 LInux 上播放 PCM 音频（wav）[关闭]

Posted 2023-03-14

【中文标题】在 LInux 上播放 PCM 音频（wav）[关闭]

【英文标题】：Playing PCM audio (wav) on LInux [closed]

【发布时间】：2021-09-25 13:38:54

【问题描述】：

我正在尝试编写一个可以直接通过 linux 声音缓冲区播放 PCM wav 文件的 C 程序。这样做的用途是将此音频与视频帧同步。例如，对于 48kHz 音频，对于 24FPS 视频，我必须每帧播放 2000 个样本，所以我需要对播放进行这种控制。

我研究了不同的库，但我想问问社区，对于这个应用程序来说，哪个是理想的、有点简单的库？如果你能指出我的示例代码的方向，那也会很有帮助。谢谢。

编辑：到目前为止，我所拥有的是基于我在网上找到的示例代码，我对其进行了一些修改，以将 .wav 文件作为参数而不是从标准输入读取。无论哪种方式，音频都在不断嗡嗡作响，显然没有播放对。

 * Simple sound playback using ALSA API and libasound.
 *
 * Compile:
 * $ cc -o play sound_playback.c -lasound
 * 
 * Usage:
 * $ ./play <sample_rate> <channels> <seconds> < <file>
 * 
 * Examples:
 * $ ./play 44100 2 5 < /dev/urandom
 * $ ./play 22050 1 8 < /path/to/file.wav
 *
 * Copyright (C) 2009 Alessandro Ghedini <[e-mail]>
 * --------------------------------------------------------------
 * "THE BEER-WARE LICENSE" (Revision 42):
 * Alessandro Ghedini wrote this file. As long as you retain this
 * notice you can do whatever you want with this stuff. If we
 * meet some day, and you think this stuff is worth it, you can
 * buy me a beer in return.
 * --------------------------------------------------------------
 */

#include <alsa/asoundlib.h>
#include <stdio.h>

#define PCM_DEVICE "default"

int main(int argc, char **argv) 
    unsigned int pcm, tmp, dir;
    int rate, channels, seconds;
    snd_pcm_t *pcm_handle;
    snd_pcm_hw_params_t *params;
    snd_pcm_uframes_t frames;
    char *buff;
    int buff_size, loops;
    FILE *fp;

    if (argc < 5) 
        printf("Usage: %s <sample_rate> <channels> <seconds> <filename>\n",
                                argv[0]);
        return -1;
    

    rate     = atoi(argv[1]);
    channels = atoi(argv[2]);
    seconds  = atoi(argv[3]);

    /* Open the PCM device in playback mode */
    if (pcm = snd_pcm_open(&pcm_handle, PCM_DEVICE,
                    SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0) < 0) 
        printf("ERROR: Can't open \"%s\" PCM device. %s\n",
                    PCM_DEVICE, snd_strerror(pcm));

    /* Allocate parameters object and fill it with default values*/
    snd_pcm_hw_params_alloca(&params);

    snd_pcm_hw_params_any(pcm_handle, params);

    /* Set parameters */
    if (pcm = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm_handle, params,
                    SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED) < 0) 
        printf("ERROR: Can't set interleaved mode. %s\n", snd_strerror(pcm));

    if (pcm = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm_handle, params,
                        SND_PCM_FORMAT_S16_LE) < 0) 
        printf("ERROR: Can't set format. %s\n", snd_strerror(pcm));

    if (pcm = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm_handle, params, channels) < 0) 
        printf("ERROR: Can't set channels number. %s\n", snd_strerror(pcm));

    if (pcm = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(pcm_handle, params, &rate, 0) < 0) 
        printf("ERROR: Can't set rate. %s\n", snd_strerror(pcm));

    /* Write parameters */
    if (pcm = snd_pcm_hw_params(pcm_handle, params) < 0)
        printf("ERROR: Can't set harware parameters. %s\n", snd_strerror(pcm));

    /* Resume information */
    printf("PCM name: '%s'\n", snd_pcm_name(pcm_handle));

    printf("PCM state: %s\n", snd_pcm_state_name(snd_pcm_state(pcm_handle)));

    snd_pcm_hw_params_get_channels(params, &tmp);
    printf("channels: %i ", tmp);

    if (tmp == 1)
        printf("(mono)\n");
    else if (tmp == 2)
        printf("(stereo)\n");

    snd_pcm_hw_params_get_rate(params, &tmp, 0);
    printf("rate: %d bps\n", tmp);

    printf("seconds: %d\n", seconds);   

    /* Allocate buffer to hold single period */
    snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, 0);

    buff_size = frames * channels * 2 /* 2 -> sample size */;
    buff = (char *) malloc(buff_size);

    snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &tmp, NULL);

    fp = fopen(argv[4], "rb");
    fseek(fp, 44, SEEK_SET);

    for (loops = (seconds * 1000000) / tmp; loops > 0; loops--) 

        if (pcm = fgets(buff, buff_size, fp) == 0) 
            printf("Early end of file.\n");
            return 0;
        

        if (pcm = snd_pcm_writei(pcm_handle, buff, frames) == -EPIPE) 
            printf("XRUN.\n");
            snd_pcm_prepare(pcm_handle);
         else if (pcm < 0) 
            printf("ERROR. Can't write to PCM device. %s\n", snd_strerror(pcm));
        

    

    snd_pcm_drain(pcm_handle);
    snd_pcm_close(pcm_handle);
    free(buff);

    return 0;

我传入的音频文件预计在 16 个通道上以 48kHz 的速率播放。

【问题讨论】：

您是在播放视频还是来自其他程序的视频？看来您需要从某个地方获取帧同步信号，然后播放样本。

我打算在同一个程序中播放视频。理想情况下，循环将显示帧，播放 N 个（在示例 2000 中）音频样本，然后休眠一段时间 (1/FPS) 并重复。我不确定这是否可能，但这就是我一直在考虑的方式。

这个问题太宽泛了，需要建议，所以离题了。如果您开始并有一个特定的编程问题，您可以回来问它。你的计划听起来可行。

我明白，我是新手。感谢您的帮助。

我已经用一些我一直在玩的示例代码编辑了这个问题。如果它在你的球场，你介意看看吗？

【参考方案1】：

这是一个杂耍答案，旨在让您意识到最终会遇到的问题，基于您（完全合理！）假设音频采样与视频的整数比率帧。

例如，对于 48kHz 音频，对于 24FPS 视频，我必须每帧播放 2000 个样本，所以我需要对播放进行这种控制。

您不可避免地会遇到的问题是，在 PC 中，如果有单独的音频和视频设备，那么声卡和显卡都有自己的时钟振荡器，并且这些振荡器并没有相互锁定其他。这意味着实际上在 PC 上，对于 24FPS 视频和 48kHz 采样率，声卡不会在一帧中播放（或记录）恰好 2000 个样本。

这只是PC架构的一个根本缺陷，不同的设备覆盖不同的媒体。

当然，如果您要通过与视频相同的设备发送音频，例如使用 HDMI、DisplayPort 或 SDI 传输视频和音频，则不会出现该基本问题。 但是对于通用硬件，你必须准备好处理它！

【讨论】：

非常感谢！我会继续研究尽可能多地同步的方法。

@newmsrd 我建议研究一下像 VLC 和 mplayer 这样的媒体播放器是如何做到的；他们显然面临着这个问题。

【参考方案2】：

要从 wav 文件中读取 PCM 音频，最好使用库来解码文件中的音频数据。由于您的代码没有解码音频数据，因此 wav 文件的数据听起来很嘈杂！

gtkiostream 使用 libsox 解码许多不同类型的音频文件。如果您要使用 C++，那么打开文件进行阅读并找到它的生命体征，如通道、采样率等就是这样：

int res=sox.openRead(name);
if (res<0 && res!=SOX_READ_MAXSCALE_ERROR)
    return SoxDebug().evaluateError(res);

unsigned int fs;
if (sox.getFSIn()!=Playback::getSampleRate())
    cout<<"sample rate mismatch, file = "<<sox.getFSIn()<<" Hz and ALSA = "<<Playback::getSampleRate()<<endl;
    cout<<"fixing sample rate mismatch"<<endl;
    if ((res=setSampleRate(sox.getFSIn()))<0) // set ALSA's playback saple rate
        return ALSADebug().evaluateError(res);
    fs=Playback::getSampleRate(); // read back ALSA's sample rate

cout<<"rates are now, file = "<<sox.getFSIn()<<" Hz and ALSA = "<<fs<<endl;

int ch=sox.getChCntIn();
cout<<"setting ALSA channels to " <<ch<<endl;
// use the ALSA function to set the channels here.

在 C 中，它会更像以下内容：

sox_format_t *in = sox_open_read(fileName.c_str(), NULL, NULL, NULL);
if (!in)
    return -1; // some error like this would be better SOX_READ_FILE_OPEN_ERROR;

文件的采样率和其他各种声音文件参数可以这样找到：

in->signal.rate
in->signal.channels

现在 sox 使用 32 位字，因此您应该将 ALSA 设置为使用以下格式的 32 位字：

SND_PCM_FORMAT_S32_LE

现在使用 sox 读取“计数”数据量，如下所示：

sox_sample_t buf[count*ch];
size_t readCount=sox_read(in, buf, count);

然后您可以使用 snd_pcm_writei 将该缓冲区写入 ALSA。 不要忘记为播放设置 ALSA 的通道和采样率。

gtkIOStream ALSAPlaybackTest.C file 中提供了从许多不同类型的音频文件播放 C++ 的完整示例。

如果您想要一个好的 C 设置源，请参考 ALSA's aplay.c code。