基于 libmad 的简单 MP3 流媒体播放器的实现（2）

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3．PCM 音频设备的操作对音频设备的操作主要是初始化音频设备以及往音频设备发送 PCM（Pulse Code Modulation）数据。为了方便，本文使用 ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）提供的库和驱动。在编译和运行本文中的 MP3 流媒体播放器的时候，必须先安装 ALSA 相关的文件。
本文用到的主要对 PCM 设备操作的函数分为 PCM 设备初始化的函数以及 PCM 接口的一些操作函数。
PCM 硬件设备参数设置和初始化的函数有：

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int  snd_pcm_hw_params_malloc (snd_pcm_hw_params_t **ptr) int  snd_pcm_hw_params_any (snd_pcm_t *pcm, snd_pcm_hw_params_t *params) void snd_pcm_hw_params_free (snd_pcm_hw_params_t *obj) int  snd_pcm_hw_params_set_access ( snd_pcm_t *pcm,                                     snd_pcm_hw_params_t *params,                                     snd_pcm_access_t _access) int  snd_pcm_hw_params_set_format ( snd_pcm_t *pcm,                                     snd_pcm_hw_params_t *params,                                     snd_pcm_format_t val) int  snd_pcm_hw_params_set_channels(snd_pcm_t *pcm,                                     snd_pcm_hw_params_t *params,                                     unsigned int val) int snd_pcm_hw_params_set_rate_near(snd_pcm_t *pcm,                                     snd_pcm_hw_params_t *params,                                     unsigned int *val, int *dir)

PCM 接口的操作函数：

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int   snd_pcm_hw_params (snd_pcm_t *pcm, snd_pcm_hw_params_t *params) int   snd_pcm_prepare (snd_pcm_t *pcm) int   snd_pcm_open (snd_pcm_t **pcm, const char *name,                     snd_pcm_stream_t stream, int mode) int   snd_pcm_close (snd_pcm_t *pcm) snd_pcm_sframes_t   snd_pcm_writei (snd_pcm_t *pcm,                     const void *buffer, snd_pcm_uframes_t size)

这些函数用到了 snd_pcm_hw_params_t 结构，此结构包含用来播放 PCM 数据流的硬件信息配置。在往音频设备（声卡）写入音频数据之前，必须设置访问类型、采样格式、采样率、声道数等。
首先使用 snd_pcm_open () 打开 PCM 设备，在 ALSA 中，PCM 设备都有名字与之对应。比如我们可以定义 PCM 设备名字为 char  *pcm_name = "plughw:0,0"。 最重要的 PCM 设备接口是“plughw”以及“hw”接口。 使用“plughw”接口，程序员不必过多关心硬件，而且如果设置的配置参数和实际硬件支持的参数不一致，ALSA 会自动转换数据。如果使用“hw”接口，我们就必须检测硬件是否支持设置的参数了。Plughw 后面的两个数字分别表示设备号和次设备（subdevice）号。
snd_pcm_hw_params_malloc( ) 在栈中分配 snd_pcm_hw_params_t 结构的空间，然后使用 snd_pcm_hw_params_any( ) 函数用声卡的全配置空间参数初始化已经分配的 snd_pcm_hw_params_t 结构。snd_pcm_hw_params_set_access ( ) 设置访问类型，常用访问类型的宏定义有：

1	SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED

交错访问。在缓冲区的每个 PCM 帧都包含所有设置的声道的连续的采样数据。比如声卡要播放采样长度是 16-bit 的 PCM 立体声数据，表示每个 PCM 帧中有 16-bit 的左声道数据，然后是 16-bit 右声道数据。

1	SND_PCM_ACCESS_RW_NONINTERLEAVED

非交错访问。每个 PCM 帧只是一个声道需要的数据，如果使用多个声道，那么第一帧是第一个声道的数据，第二帧是第二个声道的数据，依此类推。
函数 snd_pcm_hw_params_set_format() 设置数据格式，主要控制输入的音频数据的类型、无符号还是有符号、是 little-endian 还是 bit-endian。比如对于 16-bit 长度的采样数据可以设置为：

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SND_PCM_FORMAT_S16_LE      有符号16 bit Little Endian SND_PCM_FORMAT_S16_BE      有符号16 bit Big Endian SND_PCM_FORMAT_U16_LE      无符号16 bit Little Endian SND_PCM_FORMAT_U16_BE      无符号 16 bit Big Endian

比如对于 32-bit 长度的采样数据可以设置为：

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SND_PCM_FORMAT_S32_LE      有符号32 bit Little Endian SND_PCM_FORMAT_S32_BE      有符号32 bit Big Endian SND_PCM_FORMAT_U32_LE      无符号32 bit Little Endian SND_PCM_FORMAT_U32_BE      无符号 32 bit Big Endian

函数 snd_pcm_hw_params_set_channels() 设置音频设备的声道，常见的就是单声道和立体声，如果是立体声，设置最后一个参数为2。snd_pcm_hw_params_set_rate_near () 函数设置音频数据的最接近目标的采样率。snd_pcm_hw_params( ) 从设备配置空间选择一个配置，让函数 snd_pcm_prepare() 准备好 PCM 设备，以便写入 PCM 数据。snd_pcm_writei() 用来把交错的音频数据写入到音频设备。
初始化 PCM 设备的例程如下：
清单 6：初始化 PCM 设备的例程

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/* open a PCM device */ int open_device(struct mad_header const *header) {    int err;    snd_pcm_hw_params_t *hw_params;    char  *pcm_name = "plughw:0,0";    int rate = header->samplerate;    int channels = 2;    if (header->mode == 0) {       channels = 1;    } else {       channels = 2;    }    if ((err = snd_pcm_open (&playback_handle,                             pcm_name, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)) < 0) {       printf("cannot open audio device %s (%s)\n",       pcm_name,       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params_malloc (&hw_params)) < 0) {       printf("cannot allocate hardware parameter structure (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params_any (playback_handle, hw_params)) < 0) {       printf("cannot initialize hardware parameter structure (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params_set_access (playback_handle, hw_params,               SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)) < 0) {       printf("cannot set access type (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }          if ((err = snd_pcm_hw_params_set_format (playback_handle,               hw_params, SND_PCM_FORMAT_S32_LE)) < 0) {       printf("cannot set sample format (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near (playback_handle,               hw_params, &rate, 0)) < 0) {       printf("cannot set sample rate (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params_set_channels (playback_handle,               hw_params, channels)) < 0) {       printf("cannot set channel count (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    if ((err = snd_pcm_hw_params (playback_handle,               hw_params)) < 0) {       printf("cannot set parameters (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    snd_pcm_hw_params_free (hw_params);    if ((err = snd_pcm_prepare (playback_handle)) < 0) {       printf("cannot prepare audio interface for use (%s)\n",       snd_strerror (err));       return -1;    }    return 0; }

这里配置的 PCM 格式是 SND_PCM_FORMAT_S32_LE，采样的格式是每个采样有 32-bit 的数据，数据按照 little-endian 存放。如果通过 mad_frame_decode() 函数得到 PCM 数据后，要求每个采样数据只占 16-bit，需要把数据进行MAD的定点类型到 signed short 类型进行转换。那么，PCM 数据如何写入声卡中呢？函数实现例程如下所示：