ubuntu播放pcm文件--alsa-lib

linux 音频框架使用 alsa(Advanced Linux Sound Architecture). alsa框架分为两个部分，一个是在内核的driver层，定义驱动的规范，一个是在用户空间的api库，在用户空间的api就是 alsa-lib. 默认的用户空间的alsa-lib ubuntu应该已经装了，当然也可以自己手动下载源码安装，毕竟只是一个应用程序库， 如果熟悉alsa驱动层的接口的话，也可以完全基于驱动来编写播放，录音程序，而不必使用 alsa-lib. 比如android 默认使用的是 tinyalsa, 顾名思义这是一个微型的轻量级alsa-api 接口。抛开了linux默认的alsa-lib，因为alsa-lib很多功能android用不到，比较冗余。

本篇基于 alsa-lib， 在ubuntu18.04中播放pcm文件。ubuntu 默认的已经安装，头文件可以看到存在于 /usr/include/alsa 目录下。代码参考网络其他资源，但有些修改。修改在于：
默认的播放在snd_pcm_writei()  写函数总是返回 -EPIPE， 也就是出现underrun，写数据太慢（可能是因为虚拟机的缘故），直接增大缓冲区，修改period_size.

 当一个声卡活动时，数据总是连续地在硬件缓存区和应用程序缓存区间之间传输，硬件按照我们设置的参数 snd_pcm_hw_params_get_period_size()  period_size 传输周期来传输数据，单位是“帧”，即每一个传输周期传输 period_size个帧，这个也就是可以理解为“缓冲区”大小，如果设置得太小，并且用户输入数据的速度又太慢，就导致硬件来读数据的时候没有足够的数据可读，即 underrun。 太大，当然延迟就比较大，应用程序可以准备好足够的数据之后在调用snd_pcm_writei() //这个是阻塞的，播放完之后才返回。

/* 参考 https://blog.csdn.net/rookie_wei/article/details/80460114 文章，修改而来
**/
#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API
 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <alsa/asoundlib.h>
 
typedef unsigned int u32;
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;

 
 
static snd_pcm_t *gp_handle;  //调用snd_pcm_open打开PCM设备返回的文件句柄，后续的操作都使用是、这个句柄操作这个PCM设备
static snd_pcm_hw_params_t *gp_params;  //设置流的硬件参数
static snd_pcm_uframes_t g_frames;    //snd_pcm_uframes_t其实是unsigned long类型
static char *gp_buffer;
static u32 g_bufsize;
 
int set_hardware_params(int sample_rate, int channels, int format_size)
{
	printf("set_hardware_params rate:%d channelse %d format_size %d\n",sample_rate,channels,format_size);
	int rc;
	/* Open PCM device for playback */    
	//rc = snd_pcm_open(&gp_handle, "hw:0,0", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);    
	rc = snd_pcm_open(&gp_handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);    
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to open pcm device\n"); 
		return -1;   
	} 
 
	
	/* Allocate a hardware parameters object */    
	snd_pcm_hw_params_alloca(&gp_params); 
	
	/* Fill it in with default values. */    
	rc = snd_pcm_hw_params_any(gp_handle, gp_params);
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to Fill it in with default values.\n");    
		goto err1;  
	}
	
 
	/* Interleaved mode */   //交错模式，理解应该只是 多通道才有效吧。两个通道数据交错存储传输
	rc = snd_pcm_hw_params_set_access(gp_handle, gp_params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to Interleaved mode.\n");    
		goto err1;  
	}
		
	snd_pcm_format_t format;
	
    if (8 == format_size)
	{
		format = SND_PCM_FORMAT_U8;
	}
	else if (16 == format_size)
	{
		format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE;
	}
	else if (24 == format_size)
	{
		format = SND_PCM_FORMAT_U24_LE;
	}
	else if (32 == format_size)
	{
		format = SND_PCM_FORMAT_U32_LE;
	}
	else
	{
		printf("SND_PCM_FORMAT_UNKNOWN.\n");    
		format = SND_PCM_FORMAT_UNKNOWN;
		goto err1; 
	}
    
	/* set format */    
	rc = snd_pcm_hw_params_set_format(gp_handle, gp_params, format);
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to set format.\n");    
		goto err1;  
	}
	
	/* set channels (stero) */    
	snd_pcm_hw_params_set_channels(gp_handle, gp_params, channels);
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to set channels (stero).\n");    
		goto err1;  
	}
	
	/* set sampling rate */       
    u32 dir;  
	rc = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(gp_handle, gp_params, &sample_rate, &dir); 
	if (rc < 0) 
	{    
		printf("unable to set sampling rate.\n");    
		goto err1;  
	} 
	

	/* Set period size to ** frames. */
  g_frames = 1024*6;//默认的1024，个人系统环境来说，太小，增大到6倍，ok
  snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(gp_handle,gp_params, &g_frames, &dir);

	/* Write the parameters to the dirver */    
	rc = snd_pcm_hw_params(gp_handle, gp_params);    
	if (rc < 0) {    
		printf("unable to set hw parameters: %s\n", snd_strerror(rc));    
		goto err1;  
	} 
	
	snd_pcm_hw_params_get_period_size(gp_params, &g_frames, &dir);
	printf("g_framse %lu \n",g_frames);
	//g_bufsize = g_frames * 4; //双通道，每个采样样本 16bit，即 2*16=32bit,4字节
	g_bufsize = g_frames*channels*format_size/8;
	gp_buffer = (u8 *)malloc(g_bufsize);
	if (gp_buffer == NULL)
	{
		printf("malloc failed\n");
		goto err1;  
	}
 
	return 0;
	
err1:
	snd_pcm_close(gp_handle);
	return -1;	
}
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	if (argc < 3)
	{
		printf("usage: %s filename.pcm sample_rate channels format_size\n like ./pcmplayer 1.pcm 44100 2 16\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	
	FILE * fp = fopen(argv[1], "r");
	if (fp == NULL)
	{
		printf("can't open wav file\n");
		return -1;
	}
	int sample_rate = atoi(argv[2]);
	int channels = atoi(argv[3]);
	int format_size = atoi(argv[4]);
	int ret = set_hardware_params(sample_rate, channels, format_size);
	if (ret < 0)
	{
		printf("set_hardware_params error\n");
		return -1;
	}
	
	size_t rc;
	while (1)
	{
		rc = fread(gp_buffer, g_bufsize, 1, fp);
		if (rc <1)
		{
			break;
		}
		
		ret = snd_pcm_writei(gp_handle, gp_buffer, g_frames);    
		if (ret == -EPIPE) {    
			printf("underrun occured!! compute too slow?????  maybe need to increate period_size  \n");  
			 snd_pcm_prepare(gp_handle);
			//break;  
		}    
		else if (ret < 0) {    
			printf("error from writei: %s\n", snd_strerror(ret));    
			break;
		} 
	}
	
	
	snd_pcm_drain(gp_handle);    
	snd_pcm_close(gp_handle);    
	free(gp_buffer); 
	fclose(fp);
	return 0;
}

编译：#gcc XX.c -lasound  或者 #gcc XX.c -lasound -ldl -lm