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在Linux操作系統中編程聲音設備實例

←手機掃碼閱讀     火星人 @ 2014-03-26 , reply:0

  Linux下的聲音設備編程比大多數人想象的要簡單得多。一般說來,我們常用的聲音設備是內部揚聲器和音效卡,它們都對應/dev目錄下的一個或多個設備文件,我們象打開普通文件一樣打開它們,用ioctl()函數設置一些參數,然後對這些打開的特殊文件進寫操作。

  由於這些文件不是普通的文件,所以我們不能用ANSI C(標準C)的fopen、fclose等來操作文件,而應該使用系統文件I/O處理函數(open、read、write、lseek和close)來處理這些設備文件。ioctl()或許是Linux下最龐雜的函數,它可以控制各種文件的屬性,在Linux聲音設備編程中,最重要的就是使用此函數正確設置必要的參數。

  下面我們舉兩個實際的例子來說明如何實現Linux下的聲音編程。由於此類編程涉及到系統設備的讀寫,所以,很多時候需要你有root許可權,如果你將下面的例子編譯后不能正確執行,那麼,首先請你檢查是否是因為沒有操縱某個設備的許可權。

  對內部揚聲器編程內部揚聲器是控制台的一部分,所以它對應的設備文件為/dev/console。變數KIOCSOUND在頭文件 /usr /include /linux /kd.h中聲明,ioctl函數使用它可以來控制揚聲器的發聲,使用規則為:
QUOTE:
  ioctl ( fd, KIOCSOUND, (int) tone);

  fd為文件設備號,tone 是音頻值。當tone為0時,終止發聲。必須一提的是它所理解的音頻和我們平常以為的音頻是不同的,由於計算機主板定時器的時鐘頻率為1.19MHZ,所以要進行正確的發聲,必須進行如下的轉換:揚聲器音頻值=1190000/我們期望的音頻值。

  揚聲器發聲時間的長短我們通過函數usleep(unsigned long usec)來控制。它是在頭文件/usr /include /unistd.h中定義的,讓程序睡眠usec微秒。下面即是讓揚聲器按指定的長度和音頻發聲的程序的完整清單:
QUOTE:
#include < fcntl.h >
#include < stdio.h >
#include < stdlib.h >
#include < string.h >
#include < unistd.h >
#include < sys/ioctl.h >
#include < sys/types.h >
#include < linux/kd.h >

/* 設定默認值 */
#define DEFAULT_FREQ 440 /* 設定一個合適的頻率 */
#define DEFAULT_LENGTH 200 /* 200 微秒,發聲的長度是以微秒為單位的*/
#define DEFAULT_REPS 1 /* 默認不重複發聲 */
#define DEFAULT_DELAY 100 /* 同樣以微秒為單位*/

/* 定義一個結構,存儲所需的數據*/
typedef struct {
int freq; /* 我們期望輸出的頻率,單位為Hz */
int length; /* 發聲長度,以微秒為單位*/
int reps; /* 重複的次數*/
int delay; /* 兩次發聲間隔,以微秒為單位*/
} beep_parms_t;


/* 列印幫助信息並退出*/
void usage_bail ( const char *executable_name ) {
printf ( "Usage: \n \t%s [-f frequency] [-l length] [-r reps] [-d delay] \n ",
executable_name );
exit(1);
}

/ * 分析運行參數,各項意義如下:
* "-f <以HZ為單位的頻率值 >"
* "-l <以毫秒為單位的發聲時長 >"
* "-r <重複次數 >"
* "-d <以毫秒為單位的間歇時長 >"
*/
void parse_command_line(char **argv, beep_parms_t *result) {
char *arg0 = *(argv++);
while ( *argv ) {
if ( !strcmp( *argv,"-f" )) { /*頻率*/
int freq = atoi ( *( ++argv ) );
if ( ( freq <= 0 ) | | ( freq > 10000 ) ) {
fprintf ( stderr, "Bad parameter: frequency must be from 1..10000\n" );
exit (1) ;
} else {
result->freq = freq;
argv++;
}
} else if ( ! strcmp ( *argv, "-l" ) ) { /*時長*/
int length = atoi ( *(++argv ) );
if (length < 0) {
fprintf(stderr, "Bad parameter: length must be >= 0\n");
exit(1);
} else {
result->length = length;
argv++;
}
} else if (!strcmp(*argv, "-r")) { /*重複次數*/
int reps = atoi(*(++argv));
if (reps < 0) {
fprintf(stderr, "Bad parameter: reps must be >= 0\n");
exit(1);
} else {
result->reps = reps;
argv++;
}
} else if (!strcmp(*argv, "-d")) { /* 延時 */
int delay = atoi(*(++argv));
if (delay < 0) {
fprintf(stderr, "Bad parameter: delay must be >= 0\n");
exit(1);
} else {
result->delay = delay;
argv++;
}
} else {
fprintf(stderr, "Bad parameter: %s\n", *argv);
usage_bail(arg0);
}
}
}

int main(int argc, char **argv) {
int console_fd;
int i; /* 循環計數器 */
/* 設發聲參數為默認值*/
beep_parms_t parms = {DEFAULT_FREQ, DEFAULT_LENGTH, DEFAULT_REPS,
DEFAULT_DELAY};
/* 分析參數,可能的話更新發聲參數*/
parse_command_line(argv, &parms);

/* 打開控制台,失敗則結束程序*/
if ( ( console_fd = open ( "/dev/console", O_WRONLY ) ) == -1 ) {
fprintf(stderr, "Failed to open console.\n");
perror("open");
exit(1);
}

/* 真正開始讓揚聲器發聲*/
for (i = 0; i < parms.reps; i++) {
/* 數字1190000從何而來,不得而知*/
int magical_fairy_number = 1190000/parms.freq;

ioctl(console_fd, KIOCSOUND, magical_fairy_number); /* 開始發聲 */
usleep(1000*parms.length); /*等待... */
ioctl(console_fd, KIOCSOUND, 0); /* 停止發聲*/
usleep(1000*parms.delay); /* 等待... */
} /* 重複播放*/
return EXIT_SUCCESS;
}

  將上面的例子稍作擴展,用戶即可以讓揚聲器唱歌。只要找到五線譜或簡譜的音階、音長、節拍和頻率、發聲時長、間隔的對應關係就可以了。我現在還記得以前在DOS下編寫出《世上只有媽媽好》時的興奮。最後,說一些提外話,這其實是一個很簡單的程序,但是我們卻用了很長的篇幅,希望讀者從以上的代碼里能體會到寫好的程序的一些方法,或許最重要的是添加註釋吧。一個程序的註釋永遠不會嫌多,即便你寫的時候覺得它根本是多餘,但相信我,相信曾這樣告訴我們的許多優秀的程序員:養成寫很多註釋的習慣。

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