技术标签: alsa 一个小型视频监控系统 pcm
写在前面的话:以下代码均是从自己的项目中摘出来的,类似调试打印,结构体都是自己定义的,需要修改后才能使用,需要源码的可直接到总结博客写一个自己的小型视频监控系统
开始写代码前,需要先了解一些基础的音频知识,有看到一篇很不错的基础讲解博客:https://blog.csdn.net/caoshangpa/article/details/51218597
这里我再简单把这几个重要的属性说明下:
1.采样率:声音信号是在物理学中是波,有相应的振幅,频率等,是一个连续信号,需要转化为离散信号才可被计算机处理(大学的数字信号处理有介绍这些)。采样率越高,音质越好,相应的占用空间越大。电话对讲中使用8kHZ采样率,可以满足人与人之间基本对话了。
2.采样长度(位数):每次采样的字节数,也是越大越清晰,但占用空间相应也会增大,现在常见的都是16位。
3.通道数: 单通道无法辨别声源位置,主要影响的是人的听觉体验,通道数越多,体验越好,相对应的占用空间也会越大,就使用而言,单声道和双声道均可以满足音频的日常使用
4.帧:对PCM而言,没什么用
5.周期:对设备读取或者访问的单位
6.交错模式:音频数据的存储方式左右交替存储
7.非交错模式:先存左声道,再存右声道
8.比特率:这里写个公式好了,比特率=采样率×通道数×采样长度,就是每秒钟要发送的比特位。
说到Linux下的音频采集,应该没人不知道ALSA。只是做简单的音频采集,不做什么特别高端的音频功能,alsa肯定是不二选择。alsa调用过程也很简单,就是把上面介绍的参数统统配置给驱动,然后让驱动把pcm流推给我们就好。
ALSA接口介绍有一篇很详细的文章:https://blog.csdn.net/yuzaipiaofei/article/details/90582554
英文还可以的建议直接看手册:https://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/
大致流程:打开设备->配置参数->读取音频数据
1.设备初始化(打开设备+配置参数)
typedef struct
{
snd_pcm_t *handle;
snd_pcm_uframes_t frames;
int buffSize;
char* readBuffer;
void (*deal_pcm)(void*,int);
}AudioParam;
// 输入参数先不增加,采样率,采样长度,通道数,交错模式,周期都先写死
int audio_init(AudioParam *audioParam)
{
snd_pcm_hw_params_t *params;
unsigned int sampleRate = 8000;
snd_pcm_uframes_t frames = 1024;
int retValue = -1;
// 摄像头只有麦克,只实现录音功能
retValue = snd_pcm_open(&(audioParam->handle), "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);
if(retValue < 0)
{
DBGLOG("can not open pcm device:%s\n", snd_strerror(retValue));
return ERROR;
}
snd_pcm_hw_params_alloca(¶ms);
// 使用默认参数
snd_pcm_hw_params_any(audioParam->handle, params);
snd_pcm_hw_params_set_access(audioParam->handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); // 交错访问
snd_pcm_hw_params_set_format(audioParam->handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE); // 有符号16bit,小端 2bytes
snd_pcm_hw_params_set_channels(audioParam->handle, params, 1); // 单声道
snd_pcm_hw_params_set_rate_near(audioParam->handle, params, &sampleRate, 0); // 采样率8k
snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(audioParam->handle, params, &frames, 0);
retValue = snd_pcm_hw_params(audioParam->handle, params);
if(retValue < 0)
{
DBGLOG("set hw params error:%s\n", snd_strerror(retValue));
return ERROR;
}
snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &(audioParam->frames), 0);
audioParam->buffSize = audioParam->frames * 2; // 16bit = 2bytes / sample , 1 channel
return OK;
}
打开设备使用函数snd_pcm_open,这里我们主要关心第二个函数入参,我只接了摄像头自己的带的麦,直接用default,就是摄像头自己麦的输出,但如果有多个麦克的话,则需要确认下哪个是默认麦克,因为虚拟机有alsa-lib,使用aplay -l,可以查看设备,我接了两个麦克后,会新增一个设备,如:
[~]$aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: AudioPCI [Ensoniq AudioPCI], device 0: ES1371/1 [ES1371 DAC2/ADC]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
card 0: AudioPCI [Ensoniq AudioPCI], device 1: ES1371/2 [ES1371 DAC1]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
card 2: Microphone [USB Microphone], device 0: USB Audio [USB Audio]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
此时我们可以指定使用哪个麦克,将“default”换为“hw:0,0”或者“hw:2,0”即可指定麦克输入。只有一个的情况下直接default最为简单,此处我只是多接一个麦测试下。因为摄像头只有麦克,所以只是作为输入源使用,没有写alsa播放的代码,采样率,采样长度,通道数等也都是一次性写死的,前期方便设置的来做,感兴趣的可以把这些参数作为函数入参去测试下,正好了解下音频的属性。这里强调一下使用snd_pcm_hw_params_set_period_size_near来设置一次中断返回的数据单元(以帧为单位),每帧的数据量跟声道数,采样长度有关系。驱动会根据配置的值找一个相邻的或者就是原始值,即可能不是配置的值,故要重新snd_pcm_hw_params_get_period_size来获取驱动返回的周期,来申请接收缓冲区,这里我设置的是单声道,有符号16bit采样长度,所以申请的缓冲区大小为驱动返回的大小乘以2
2.读取音频数据
int audio_read_pcm(AudioParam *audioParam)
{
int retValue = -1;
if(NULL == audioParam || NULL == audioParam->handle || audioParam->frames <= 0)
{
DBGLOG("audio_read_pcm input error!\n");
return ERROR;
}
audioParam->readBuffer = (char*)malloc(audioParam->buffSize);
if(NULL == audioParam->readBuffer)
{
DBGLOG("audio_read_pcm malloc error!\n");
return ERROR;
}
retValue = snd_pcm_readi(audioParam->handle, audioParam->readBuffer, audioParam->frames);
if(-EPIPE == retValue)
{
DBGLOG("overrun occurred!\n");
snd_pcm_prepare(audioParam->handle);
}
else if(retValue < 0)
{
DBGLOG("read error: %s\n", snd_strerror(retValue));
return ERROR;
}
else if(retValue != (int)audioParam->frames)
{
DBGLOG("read %d less than frames[%d]\n", retValue, (int)audioParam->frames);
return ERROR;
}
else
{
audioParam->deal_pcm(audioParam->readBuffer, audioParam->buffSize);
}
return OK;
}
void audio_close(AudioParam *audioParam)
{
if(NULL != audioParam->handle)
{
snd_pcm_drain(audioParam->handle);
snd_pcm_close(audioParam->handle);
}
if(NULL != audioParam->readBuffer)
{
free(audioParam->readBuffer);
audioParam->readBuffer = NULL;
}
}
读取操作就比较简单了,调用接口,收到是之前配置的周期处理单元数据就可以直接处理数据了。需要注意的一点是前面初始化时候snd_pcm_hw_params_set_access设置的是交错模式则使用snd_pcm_readi,设置的是非交错模式则使用snd_pcm_readn。返回值是-EPIPE则说明是数据管道异常,可能是正好瞬时性能不足导致之类的,可以使用snd_pcm_prepare恢复。
测试Demo:
void save_pcm(void* start, int length)
{
char fileName[64] = {0};
int fd = -1;
snprintf(fileName, sizeof(fileName), "./test/pcm/test.pcm");
printf("%s\n", fileName);
fd = open(fileName, O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND , 0666);
if(fd < 0)
printf("open:%d %s\n", errno, strerror(errno));
write(fd, start, length);
close(fd);
}
int get_file_size(void)
{
struct stat devStat;
memset(&devStat, 0, sizeof(devStat));
stat("./test/pcm/test.pcm", &devStat);
return devStat.st_size;
}
void start_audio_capture(void)
{
AudioParam audioParam;
memset(&audioParam, 0, sizeof(audioParam));
audioParam.deal_pcm = save_pcm;
if(audio_init(&audioParam) < 0)
{
DBGLOG("audio_init error\n");
return;
}
while(get_file_size() < 50*1024)
{
if(audio_read_pcm(&audioParam) < 0)
{
DBGLOG("audio_read_pcm error!\n");
return;
}
}
audio_close(&audioParam);
}
这里写了个小的测试demo,直接将采集的pcm存入文件,读取50k的数据,可以用Adobe audition或者cool edit等工具查看pcm是否正常。
相较于v4l2的调用,alsa的调用其实还是比较简单的,现在有了pcm可以准备下一步工作——编码。
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