在 C++ 中使用 ALSA 捕获默认音频流

Question

我正在做一个有趣的项目，根据来自默认 ALSA 设备的声音来改变飞利浦 Hue 灯泡的颜色。

我想编写一个小的 C++ 程序来捕获和分析默认的音频流，并将其分成低、中和高 3 个变化，然后将这些通道分配为红色、绿色和蓝色。

我正在尝试阅读如何创建 ALSA 设备，但我正在努力弄清楚和谷歌如何使用 ALSA 捕获流。 这是我第一次使用 Audio 和 ALSA。 我现在尽量避免使用 python，因为我想了解更多。

如果你认为用 C++ 写这个不值得，我会用 python 来做。

Answer 1

这个答案分为两部分。 第一部分讨论如何获取音频数据并使用它来表示 LED 的“位”以用于 LED 亮度设置。 第二部分讨论如何使用C++从ALSA声卡中读取音频数据。

第 1 部分

拆分为 RGB 的想法，您可以弄清楚如何以“感知方式”将音频样本转换为 24 位表示。 当我们听到非线性时，您可能想要取音频数据的对数。 由于音频数据有正有负，您可能希望根据其绝对值来执行此操作。 最后，对于从 ADC 音频输入读取的每个缓冲区，您可能希望首先获取 RMS （它将为您处理绝对值）。

所以处理步骤是：

1. 捕获音频缓冲区
2. 获取音频缓冲区每一列的 RMS（每一列是一个音频通道）。
3. 取每列的 RMS 值的对数。
4. 找出如何将每个通道的 log(RMS) 值映射到 LED 上。 一种想法是使用音频数据的 RMS 的对数基数 2 (log2)，因为这将为您提供 32 位数据，您可以将其除以（旋转 8 : log2(RMS) << 8）以获得 24位表示。 然后找出如何将这 24 位映射到 LED 上以实现您的目标。

例如在伪代码中：

float loudness=log2(RMS(buffer);
if (loudness)>pow(2.,16.))
  setTheRedLED(loudness/pow(2.,16.));
else if (loudness)>pow(2.,8.))
  setTheBlueLED(loudness/pow(2.,8.));
else
  setTheGreenLED(loudness);

第 2 部分

您可以使用 gtkiostream 来实现 C++ 类，以便使用 ALSA 处理音频。

例如， 这个 ALSA::Capture类允许您捕获音频以进行处理。

要使用它，请将其包含在代码中：

#include "ALSA/ALSA.H"
using namespace ALSA;

然后您可以将音频流式传输到矩阵（矩阵列是音频通道）。 但是，首先在 C++ 代码中实例化该类：

Capture capture("hw:0"); // to open the device hw:0 you could use "default" or another device
// you can now reset params if you don't want to use the default, see here : https://github.com/flatmax/gtkiostream/blob/master/applications/ALSACapture.C#L82
capture.setParams(); // set the parameters
if (!capture.prepared()){
    cout<<"should be prepared, but isn't"<<endl;
    return -1;
}

// now define your audio buffer you want to use for signal processing
Eigen::Array<int, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic, Eigen::RowMajor> buffer(latency, chCnt);

// start capturing
if ((res=capture.start())<0) // start the device capturing
    ALSADebug().evaluateError(res);

cout<<"format "<<capture.getFormatName(format)<<endl;
cout<<"channels "<<capture.getChannels()<<endl;
cout<<"period size "<<pSize<<endl;

// now do an infinite loop capturing audio and then processing it to do what you want.
while (true){
    capture>>buffer; // capture the audio to the buffer
    // do something with the audio in the buffer to separate out for red blue and green
}

此处提供了更完整的捕获示例。