音频设备
OSS（Open Sound System）是 Unix 平台上一个统一的音频接口标准。以前，每个 Unix 厂商都会提供一套专有的 API，用于处理音频。这就意味着为一种 Unix 平台编写的音频处理应用程序，在移植到另外一种 Unix 平台上时，必须要重写。不仅如此，在一种平台上具备的功能，可能在另外一种平台上无法实现。
但是，OSS 标准出现以后，情况就大不一样了。只要音频处理应用程序按照 OSS 标准的 API 来编写，那么在移植到另外一种平台时，只需要重新编译即可。因此 OSS 标准提供了源代码级的可移植性。
SylixOS 支持简易的 OSS 标准。
基础知识
数字音频设备（有时也称 codec，PCM，DSP，ADC/DAC 设备）：播放或录制数字化的声音。它的指标主要有：采样速率（电话为 8KHz，DVD 为 96KHz）、channel 数目（单声道、立体声）、采样分辨率（8bit、16bit）。
- mixer （混频器）：用来控制多个输入、输出的音量，也控制输入（microphone，line-in，CD）之间的切换。
- synthesizer （合成器）：通过一些预先定义好的波形来合成声音，有时用在游戏中声音效果的产生。
- MIDI 接口 ：MIDI 接口是为了连接舞台上的 synthesizer、键盘、道具、灯光控制器的一种串行接口。
在 SylixOS 中，设备被抽象成文件，通过对文件的访问方式（首先 open，然后 read/write，同时可以使用 ioctl 读取/设置参数，最后 close）来访问设备。在 OSS 标准中，主要有以下几种设备文件：
- /dev/mixer：访问声卡中内置的 mixer，调整音量大小，选择音源。
- /dev/sndstat：测试声卡，执行 cat /dev/sndstat 会显示声卡驱动的信息。
- /dev/dsp 、/dev/dspW、/dev/audio：读这个设备就相当于录音，写这个设备就相当于放音。/dev/dsp 与/dev/audio 之间的区别在于采样的编码不同，/dev/audio 使用 μ 律编码，/dev/dsp 使用 8bit（无符号）线性编码，/dev/dspW 使用 16bit（有符号）线形编码。/dev/audio 主要是为了与 SunOS 兼容，通常不建议使用。
- /dev/sequencer：访问声卡内置的，或者连接在 MIDI 接口的 synthesizer。
在 SylixOS 中，实际具有哪些音频设备文件依赖于底层驱动程序的实现，一般只有 /dev/dsp 和 /dev/mixer 设备。
音频编程
下面我们分别讨论打开音频设备、放音、录音和参数调整。
头文件定义
#include <ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/soundcard.h>
#define BUF_SIZE 4096
int audio_fd;
unsigned char audio_buffer[BUF_SIZE];
打开音频设备
if ((audio_fd = open("/dev/dsp", open_mode, 0)) == -1) {
perror("/dev/dsp");
exit(1);
}
open_mode 有三种选择：O_RDONLY，O_WRONLY 和 O_RDWR，分别表示只读、只写和读写。OSS 标准建议尽量使用只读或只写，只有在全双工的情况下（即录音和放音同时）才使用读写模式。
录音
int len;
if ((len = read(audio_fd, audio_buffer, count)) == -1) {
perror("audio read");
exit(1);
}
count 为录音数据的字节个数（建议为 2 的指数），但不能超过 audio_buffer 的大小。从读字节的个数可以精确的测量时间，例如：8KHz 16bit stereo 的速率为 8000 * 2 * 2 = 32000 bytes/second，这是知道何时停止录音的唯一方法。
放音
放音实际上和录音很类似，只不过把 read 改成 write 即可，相应的 audio_buffer 中为音频数据，count 为数据的长度。
注意，用户始终要读/写一个完整的采样。例如：一个 16bit 的立体声模式下，每个采样有 4 个字节，所以应用程序每次必须读/写 4 的倍数个字节。
另外，由于 OSS 是一个跨平台的音频接口，所以用户在编程的时候，要考虑到可移植性的问题，其中一个重要的方面是读/写时的字节顺序。
设置采样格式
int format;
format = AFMT_S16_LE;
if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_SETFMT, &format) == -1) {
perror("SNDCTL_DSP_SETFMT");
exit(1);
}
if (format != AFMT_S16_LE) {
/*
* 本设备不支持选择的采样格式.
*/
}
在设置采样格式之前，可以先测试设备能够支持那些采样格式，方法如下：
int mask;
if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_GETFMTS, &mask) == -1) {
perror("SNDCTL_DSP_GETFMTS");
exit(1);
}
if (mask & AFMT_MPEG) {
/*
* 本设备支持MPEG采样格式...
*/
}
设置通道数目
int channels = 2; /* 1=mono, 2=stereo */
if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_CHANNELS, &channels) == -1) {
perror("SNDCTL_DSP_CHANNELS");
exit(1);
}
if (channels != 2){
/*
* 本设备不支持立体声模式...
*/
}
设置采样速率
int speed = 11025;
if (ioctl(audio_fd, SNDCTL_DSP_SPEED, &speed)==-1) {
perror("SNDCTL_DSP_SPEED");
exit(1);
}
if ( /* 返回的速率（即硬件支持的速率）与需要的速率差别很大... */ ) {
/*
* 本设备不支持需要的速率...
*/
}
音频设备通过分频的方法产生需要的采样时钟，因此不可能产生所有的频率。驱动程序会计算出最接近要求的频率，用户程序要检查返回的速率值，如果误差较小，可以忽略。
Mixer 编程
对 Mixer 的控制包括调节音量（volume）、选择录音音源（microphone、line-in）、查询 mixer 的功能和状态，主要是通过 Mixer 设备 /dev/mixer 的 ioctl 接口。相应地，ioctl 接口提供的功能也分为三类：调节音量、查询 mixer 的能力、选择 mixer 的录音通道。下面分别介绍使用的方法：
下面的 mixer_fd 是对 mixer 设备执行 open 操作返回的文件描述符。
调节音量
应用程序通过 ioctl 的 MIXER_READ 和 MIXER_WIRTE 功能号来读取/设置音量。在 OSS 标准中，音量的大小范围在 0~100 之间。使用方法如下：
int vol;
if (ioctl(mixer_fd, MIXER_READ(SOUND_MIXER_MIC), &vol) == -1) {
/*
* 访问了没有定义的mixer通道...
*/
}
SOUND_MIXER_MIC 是通道参数，表示读 microphone 通道的音量，结果放置在 vol 中。如果通道是立体声，那么 vol 的最低有效字节为左声道的音量值，接着的字节为右声道的音量值，另外的两个字节不用。如果通道是单声道，vol 中左声道与右声道具有相同的值。
查询 mixer 的能力
int mask;
if (ioctl(mixer_fd, SOUND_MIXER_READ_xxxx, &mask) == -1) {
/*
* Mixer没有此能力...
*/
}
SOUND_MIXER_READ_xxxx 中的 xxxx 代表具体要查询的内容：
- 检查可用的 mixer 通道用 SOUND_MIXER_READ_DEVMASK。
- 检查可用的录音设备，用 SOUND_MIXER_READ_RECMASK。
- 检查单声道/立体声，用 SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS。
- 检查 mixer 的一般能力，用 SOUND_MIXER_READ_CAPS 等。
所有通道的查询的结果都放在 mask 中，所以要区分出特定通道的状况，使用 mask&（1 << channel_no）。
选择 mixer 的录音通道
首先可以通过 SOUND_MIXER_READ_RECMASK 检查可用的录音通道，然后通过 SOUND_MIXER_WRITE_RECSRC 选择录音通道。可以随时通过 SOUND_MIXER_READ_RECSRC 查询当前声卡中已经被选择的录音通道。
OSS 标准建议把 mixer 的用户控制功能单独出来形成一个通用的程序。但前提是，在使用 mixer 之前，首先需要通过 API 的查询功能检查声卡的能力。
以下程序展示了使用 OSS 标准操作音频设备播放音乐的方法。
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"
#include "sys/soundcard.h"
#define __OSS_TEST_BUFFER_LEN 10 * 1024
#define __OSS_TEST_WAV_FILE "/apps/wo.wav"
#define __OSS_TEST_SAMPLE_RATE 11025
#define __OSS_TEST_CHANNELS 2
#define __OSS_TEST_SAMPLE_FORMAT AFMT_S16_LE
int main (int argc, char *argv[])
{
CHAR *pcBuffer;
CHAR *pcPtr;
INT iSampleFmt;
INT iChannels;
INT iSampleRate;
INT iDspFd;
INT iFileFd;
ssize_t stLen;
ssize_t stRet;
pcBuffer = malloc(__OSS_TEST_BUFFER_LEN);
if (!pcBuffer) {
printf("failed to alloc buffer!\n");
return (-1);
}
iDspFd = open("/dev/dsp", O_WRONLY, 0666);
if (iDspFd < 0) {
printf("failed to open /dev/dsp device!\n");
return (-1);
}
iSampleFmt = __OSS_TEST_SAMPLE_FORMAT;
stRet = ioctl(iDspFd, SNDCTL_DSP_SETFMT, &iSampleFmt);
if (stRet < 0) {
printf("failed to set sample format!\n");
close(iDspFd);
return (-1);
}
iChannels = __OSS_TEST_CHANNELS;
stRet = ioctl(iDspFd, SNDCTL_DSP_CHANNELS, &iChannels);
if (stRet < 0) {
printf("failed to set channels!\n");
close(iDspFd);
return (-1);
}
iSampleRate = __OSS_TEST_SAMPLE_RATE;
stRet = ioctl(iDspFd, SNDCTL_DSP_SPEED, &iSampleRate);
if (stRet < 0) {
printf("failed to set sample rate!\n");
close(iDspFd);
return (-1);
}
iFileFd = open(__OSS_TEST_WAV_FILE, O_RDONLY, 0666);
if (iFileFd < 0) {
printf("failed to open test audio file %s!\n",
__OSS_TEST_WAV_FILE);
close(iDspFd);
return (-1);
}
read(iFileFd, pcBuffer, 0x2E * 2);
while ((stLen = read(iFileFd, pcBuffer,
__OSS_TEST_BUFFER_LEN)) > 0) {
pcPtr = pcBuffer;
while (stLen > 0) {
stRet = write(iDspFd, pcPtr, stLen);
if (stRet < 0) {
break;
}
pcPtr += stRet;
stLen -= stRet;
}
}
sleep(3);
close(iFileFd);
close(iDspFd);
free(pcBuffer);
return (0);
}
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