C++ 在 Linux 中录制 PCM 流

Posted 2023-03-14

【中文标题】C++ 在 Linux 中录制 PCM 流

【英文标题】：C++ recording PCM stream in Linux

【发布时间】：2021-09-03 00:18:52

【问题描述】：

我在 Ubuntu 的默认 PCM 设备上播放 .Wav 文件，我可以听到耳机中的 PCM 声音，现在我需要录制 PCM 流（将默认 PCM 设备中播放的 PCM 数据写入本地文件）用 C++。我尝试了 ALSA snd_pcm_readi(capture_handle, buffer, buffer_frames) 方法如下，程序运行良好但缓冲区中的值都是 0。我认为有几种可能性：

我没有选择正确的 PCM 设备（但我仔细检查了 Wav 文件是在默认 PCM 设备中播放的，snd_pcm_open () 设备参数确实是“默认”） 正如this 提到的那样，ALSA 的“捕获”方法不支持播放 PCM 流的“记录”

有什么帮助吗？谢谢

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <alsa/asoundlib.h>
          
int main (int argc, char *argv[])

  int i;
  int err;
  char *buffer;
  int buffer_frames = 128;
  unsigned int rate = 44100;
  snd_pcm_t *capture_handle;
  snd_pcm_hw_params_t *hw_params;
    snd_pcm_format_t format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE;

  if ((err = snd_pcm_open (&capture_handle, "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot open audio device %s (%s)\n", 
             argv[1],
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "audio interface opened\n");
           
  if ((err = snd_pcm_hw_params_malloc (&hw_params)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot allocate hardware parameter structure (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params allocated\n");
                 
  if ((err = snd_pcm_hw_params_any (capture_handle, hw_params)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot initialize hardware parameter structure (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params initialized\n");
    
  if ((err = snd_pcm_hw_params_set_access (capture_handle, hw_params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot set access type (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params access setted\n");
    
  if ((err = snd_pcm_hw_params_set_format (capture_handle, hw_params, format)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot set sample format (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params format setted\n");
    
  if ((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near (capture_handle, hw_params, &rate, 0)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot set sample rate (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  
    
  fprintf(stdout, "hw_params rate setted\n");

  if ((err = snd_pcm_hw_params_set_channels (capture_handle, hw_params, 2)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot set channel count (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params channels setted\n");
    
  if ((err = snd_pcm_hw_params (capture_handle, hw_params)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot set parameters (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "hw_params setted\n");
    
  snd_pcm_hw_params_free (hw_params);

  fprintf(stdout, "hw_params freed\n");
    
  if ((err = snd_pcm_prepare (capture_handle)) < 0) 
    fprintf (stderr, "cannot prepare audio interface for use (%s)\n",
             snd_strerror (err));
    exit (1);
  

  fprintf(stdout, "audio interface prepared\n");

  buffer = malloc(128 * snd_pcm_format_width(format) / 8 * 2);

  fprintf(stdout, "buffer allocated\n");

  for (i = 0; i < 10; ++i) 
    if ((err = snd_pcm_readi (capture_handle, buffer, buffer_frames)) != buffer_frames) 
      fprintf (stderr, "read from audio interface failed %d (%s)\n",
               err, snd_strerror (err));
      exit (1);
    
    fprintf(stdout, "read %d done\n", i);
  

  free(buffer);

  fprintf(stdout, "buffer freed\n");
    
  snd_pcm_close (capture_handle);
  fprintf(stdout, "audio interface closed\n");

  exit (0);

【问题讨论】：

@TedLyngmo 感谢我刚刚修复了这些错误的建议。这次缓冲区记录了一些噪音而不是 0，仍然不确定 Alsa 是否可以从正在播放的 PCM 流中记录音频

您的硬件真的支持从播放流中录制吗？如果没有，您必须使用 PulseAudio。

是的，我切换到 PluseAudio 的 module-null-sink 作为我的输出设备，仍然没有弄清楚 C++ 是否可以从 module-null-sink 读取/记录数据，有什么提示吗？谢谢。@CL。

askubuntu.com/questions/60837/…

我想打开一个PulseAudio module-null-sink 和ALSA snd_pcm_open()，我看到了你的related answer。 aplay -L 仅列出硬件设备，没有虚拟设备。您对为ALSA 打开获取正确的虚拟接收器设备名称有任何想法吗？谢谢。@CL。

【参考方案1】：

将输出音频捕获到文件的最简单方法是使用内置的 ALSA 文件插件。为此，请创建一个具有以下内容的文件 ~/.asoundrc：

@hooks [
    
        func load
        files [
            "~/.asoundrc"
        ]
        errors false
    
]

pcm.writeFile 
    type file
    slave 
        pcm card0 # Now write to the actual sound card
    
    file "/tmp/capture.wav"
    format "wav"


pcm.!default 
  type plug
  slave.pcm "writeFile"


ctl.!default 
  type hw
  card 0

它将强制 alsa 播放音频并将其默认保存到 /tmp/capture.wav 文件中。音频也会输出到系统上的 card 0 声卡。

如果您真的想在播放时将音频写入文件，那么您将需要创建一个 ALSA 插件来读取输入音频，然后将其写入文件。这实质上实现了插件。

如果您确实想编写自己的插件，那么您可以从this C++ external plugin class provided by gtkiostream 开始。您将希望以类似于this audio file capture application 中的 sox.write 方法的方式将音频文件输出添加到“传输”方法。

【讨论】：

非常感谢您的详细回答，我只是找到了一种将播放音频流读入 C++ 缓冲区的方法。

ok - 你想通过默认的 C++ ALSA 插件路由所有音频吗？在该插件中，您可以将输出音频加载到 C++ 缓冲区中？

实际上我将音频输出通过管道传输到系统输入设备并使用 ALSA snd_pcm_readi 方法将输入字节读入 C++ 缓冲区。

【参考方案2】：

经过几天的搜索，我终于找到了方法。我的声音输出设备中播放了一个音频，我需要将该 PCM 流读入 C++ 缓冲区以进行进一步操作。我发布的前代码完成了一半的工作，正如this tutorial 提到的，snd_pcm_open (&capture_handle, "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0) 方法确实打开了默认 PCM 设备以从中读取流数据，但是这个 SND_PCM_STREAM_CAPTURE 参数表明它打开了default capture device（例如麦克风输入）将外部模拟语音转换为数字位以供阅读，我的音频在default playback device中播放，如果我将此参数更改为snd_pcm_open (&capture_handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)，它将不会从中读取任何内容。所以另一半的工作是用pavucontrol将playback device中播放的音频流传输到capture device，一旦输出流传输到capture device，我可以在C++程序中读取它。