Linux多媒体进阶之旅(十一):module-alsa-source如何从ALSA设备采集音频?

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第204篇原创文章

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前言

上一篇我们梳理了module-alsa-sink如何把播放数据写入ALSA播放设备，本篇我们继续分析录音链路，录音链路的数据方向相反，声音先由ALSA采集，再送进PulseAudio，最后交给录音应用。

录音无声时，使用命令pactl list sources可以看到麦克风对应的Source，录出来的录音文件，却没有声音。Source出现在列表里，说明PulseAudio已经创建了录音设备对象，还需要检查ALSA capture PCM是否启动、IO线程是否读到数据、Source Output是否收到音频。

本篇继续探索如何采集ALSA录音设备，先分析module-alsa-source从哪里获取设备信息，再分析IO线程如何读取音频，以及采集数据如何进入录音应用。

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录音链路从哪开始？

第九篇分析了的Card路径进入时，module-alsa-card已经选中了当前Profile。Profile中存在input mapping，初始加载会在init_profile()里调用pa_alsa_source_new()，运行时切换Profile则由card_set_profile()创建新Source，或者释放旧Profile不再使用的Source。

input mapping记录当前Profile使用的ALSA录音设备、采样格式、声道布局和Port信息。pa_alsa_source_new()读取这些配置后开始建立录音数据通道。

module-alsa-source也支持单独加载，入口函数是pa__init()。模块参数解析完成后直接调用pa_alsa_source_new()，后面的ALSA设备打开、Source创建和数据采集使用同一套实现。

录音链路从加载Profile配置开始：

Card路径先检查当前Profile有没有input mapping，单独加载路径检查模块参数中的device_id或device是否指向正确设备。

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ALSA设备和Source创建顺序？

创建顺序是先打开ALSA录音设备，再创建PulseAudio Source。

pa_alsa_source_new()先整理采样格式、采样率、声道数、fragment、buffer、mmap和tsched参数。带有mapping时调用pa_alsa_open_by_device_id_mapping()，只有device_id时调用pa_alsa_open_by_device_id_auto()，直接传入device字符串时调用pa_alsa_open_by_device_string()。三条路径打开的都是录音方向PCM：SND_PCM_STREAM_CAPTURE

PCM打开成功后，PulseAudio得到pcm_handle以及ALSA最终接受的采样参数。pa_alsa_source_new()接着初始化pa_source_new_data结构，写入Source名称、Profile、Port、采样参数和设备属性，再调用pa_source_new()创建Source。

Source创建完成后，pa_alsa_source_new()设置状态和端口回调，创建入口为thread_func()的IO线程，最后调用pa_source_put()发布Source。

pactl list sources能够看到Source，说明初始化阶段已经打开ALSA PCM并完成Source发布，IO线程决定录音过程中是否持续读到数据。

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IO线程如何读录音数据？

IO线程先检查Source是否处于打开状态。第一次进入采集路径时，ALSA Source私有运行数据中的first标志为真，线程调用snd_pcm_start()启动capture PCM。声卡开始向ALSA buffer写入录音数据后，IO线程进入读取过程。

读取方式由同一份运行数据中的use_mmap标志决定。

普通模式进入unix_read()。函数查询ALSA当前可读取的frame数量，申请PulseAudio memblock，再调用snd_pcm_readi()把数据从capture PCM复制到memblock中，最后组成memchunk，看下流程图所示。

mmap模式进入mmap_read()。函数通过snd_pcm_mmap_begin()获取ALSA已经采集的内存区域，把这段区域包装成memchunk，交给pa_source_post()处理，最后调用snd_pcm_mmap_commit()提交已经消费的frame，流程图如下。

播放方向先由PulseAudio准备数据，再写入ALSA，录音方向先启动ALSA capture PCM，再由PulseAudio服务读取录音数据。

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数据怎样交给录音应用？

snd_pcm_readi()和mmap接口负责从ALSA buffer读取数据，IO线程得到memchunk后，调用pa_source_post()把数据交给Source。

pa_source_post()遍历连接在当前Source上的普通Source Output。录音应用在PulseAudio里对应一个Source Output，Source采集到的数据通过这个对象发送给录音应用。Source设置了软件静音或软件音量时，pa_source_post()先处理memchunk，再把结果推给Source Output。

Source表示录音设备，Source Output表示正在使用这台设备的录音流。Source存在，说明设备通道已经建立。Source Output存在并连接到目标Source，说明录音应用已经接入采集链路，链路如下：

module-alsa-source负责启动ALSA采集并读取数据，Source负责把数据分发给录音流。

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故障定位部分

录音无声时，按以下顺序定位：

1.确认当前Profile是否提供录音通道

pactl list cards

关键字段：Active Profile，当前Profile需要包含输入能力，module-alsa-card才会根据input mapping创建硬件Source。

2.确认Source是否已经创建

pactl list sources

关键字段：Source名称、State、Sample Specification、Active Port和Properties

1.device.string对应ALSA设备2.device.profile.name对应来源Profile3.device.access_mode表示普通读取或mmap读取

3.确认录音应用是否接入目标Source

保持录音应用正在采集，再执行：

pactl list source-outputs

关键字段：Source Output编号和Source。

1.Source字段需要指向目标Source。2.没有Source Output，说明应用还没有创建PulseAudio录音流。

4.确认ALSA是否提供capture PCM

arecord -lcat /proc/asound/pcm

关键字段：目标声卡、PCM设备号和capture标记。

5.确认录音设备的占用和权限

fuser -v /dev/snd/pcmC*D*cls -l /dev/snd/pcmC*D*c

capture PCM被其他进程占用，或者PulseAudio运行用户没有访问权限时，pa_alsa_source_new()无法正常打开设备，后续Source创建和数据采集也不会执行。

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总结

1.播放时

module-alsa-sink从Sink Input获取音频，再写入ALSA playback 。

2.录音时

module-alsa-source先启动ALSA capture PCM，通过普通读取或mmap获取数据，再调用pa_source_post()把音频发送给Source Output。

3.PulseAudio录音无声时

1.先确认Profile有没有input mapping2.再检查Source和Source Output3.最后确认ALSA capture PCM是否存在、设备能否打开。4.检查结果可以把问题定位到对象创建、录音应用接入或ALSA采集。

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