Atviro kodo C biblioteka garso įvesties ir išvesties

Pradžia su portaudio

Norėdami pradėti naudoti PortAudio, galite arba sukompiliuoti iš šaltinio, arba įdiegti per paketų tvarkykles. Daugumai kūrėjų paprasčiausias būdas yra klonuoti oficialią portaudio GitHub saugyklą ir kompiliuoti naudojant CMake arba autotools. Linux sistemoje įdiekite per `apt install portaudio19-dev`; macOS – naudokite `brew install portaudio`; Windows – atsisiųskite paruoštus binarinius failus arba naudokite vcpkg (`vcpkg install portaudio`). Po įdiegimo įtraukite `portaudio.h` ir susiekite su biblioteka (`-lportaudio`). Biblioteka yra lengva ir turi minimalias priklausomybes, todėl integracija yra paprasta realaus laiko garso programoms.

# Linux (Debian/Ubuntu)
sudo apt install portaudio19-dev

# macOS (Homebrew)
brew install portaudio

# Windows (vcpkg)
vcpkg install portaudio

Realaus laiko garso srautas su atgaliniais iškvietimais

PortAudio callback pagrįstas srautinimo režimas yra idealus žemo delsos, realaus laiko garso apdorojimui. Kai srautas paleidžiamas, PortAudio periodiškai iškviečia jūsų callback funkciją, kad paprašytų arba pateiktų garso duomenis. Šis režimas suteikia tikslų laiko kontrolę ir sumažina buferio trūkumus. Callback gauna įvesties ir išvesties buferius, kadrų skaičių, laiko informaciją ir būsenos vėliavas – leidžiantį dinaminį garso generavimą, efektų apdorojimą arba analizę. Kadangi callback veikia aukštos prioriteto gijoje, jis turi veikti greitai (dažniausiai mažiau nei 10 ms), kad išvengtų trikdžių. Tai daro jį puikų tiesioginių garso programoms, tokioms kaip sintezatoriai, gitarų efektų pedalai arba balso komunikacijos sistemos, kur kritiškai svarbus deterministinis našumas.

typedef struct {
    float phase;
    float phase_increment;
} paTestData;

int patestCallback(const void *input, void *output,
    unsigned long frameCount,
    const PaStreamCallbackTimeInfo* timeInfo,
    PaStreamCallbackFlags statusFlags,
    void *userData)
{
    paTestData *data = (paTestData*)userData;
    float *out = (float*)output;
    for (unsigned long i = 0; i < frameCount; i++) {
        *out++ = sinf(data->phase);
        data->phase += data->phase_increment;
        if (data->phase >= M_PI * 2) data->phase -= M_PI * 2;
    }
    return paContinue;
}

Įrenginių išvardijimas ir užklausos

PortAudio suteikia patikimas API, skirtas išvardyti ir patikrinti prieinamus garso įrenginius — įskaitant įvesties ir išvesties įrenginius — kartu su jų galimybėmis. Kūrėjai gali užklausti įrenginių pavadinimų, kanalų skaičiaus, numatytų mėginių dažnių ir delsos verčių naudodami tokias funkcijas kaip `Pa_GetDeviceCount()`, `Pa_GetDeviceInfo()` ir `Pa_GetDefaultInputDeviceID()`. Tai leidžia programoms vartotojams pateikti galiojančių įrenginių sąrašą ir optimaliai konfigūruoti srautus. Taip pat galite aptikti numatytuosius įrenginius, patikrinti palaikomus mėginių dažnius ir nustatyti minimalias/maksimalias delsas. Šis lankstumas yra būtinas kuriant konfigūruojamus garso įrankius, DAW ar balso įrašiklius, kurie prisitaiko prie įvairių aparatūros konfigūracijų be rankinio nustatymo.

PaError err;
err = Pa_Initialize();
if (err != paNoError) goto error;

int numDevices = Pa_GetDeviceCount();
for (int i = 0; i < numDevices; i++) {
    const PaDeviceInfo *info = Pa_GetDeviceInfo(i);
    printf("%d: %s (in: %d, out: %d)\n", 
        i, info->name, 
        info->maxInputChannels, 
        info->maxOutputChannels);
}
Pa_Terminate();

Kelių platformų pagrindinio API palaikymas

PortAudio abstrahuoja platformos specifines garso API per moduliškas prieglobos API įgyvendinimus, užtikrindama nuoseklų veikimą visose operacinėse sistemose. Windows operacinėje sistemoje ji palaiko ASIO (profesiniam garsui), WASAPI (Vista+), DirectSound ir senąją MME. macOS naudoja Core Audio ultra‑mažamų delsų pasiekimui, o Linux palaiko ALSA, JACK ir PulseAudio. BSD sistemose naudojamas OSS arba sndio. Kūrėjai rašo vieną kartą ir diegia visur—pagrindinei logikai nereikia sąlyginių kompiliacijų. Biblioteka automatiškai pasirenka geriausią prieinamą prieglobos API arba leidžia ją nurodyti aiškiai. Ši universalumas daro PortAudio idealia priemone nešiojamiems garso įrankiams, edukacinei programinei įrangai ir tyrimų sistemoms, kurios turi patikimai veikti įvairioje aparatinėje įrangoje ir OS konfigūracijose.

PaStreamParameters inputParam, outputParam;
PaError err;

inputParam.device = Pa_GetHostApiInfoByType(paJACK)->defaultInputDevice;
inputParam.channelCount = 2;
inputParam.sampleFormat = paFloat32;
// ... configure outputParam similarly ...

PaStream *stream;
err = Pa_OpenStream(&stream, &inputParam, &outputParam, 
    44100, 256, paNoFlag, callback, NULL);

Garso formato konvertavimas ir ditheringas

PortAudio tvarko vidinį mėginių formato konvertavimą skaidriai, leidžiant klientams naudoti patogius formatus, pvz., 32‑bitų slankų kablelį, tuo tarpu pagrindinė sistema naudoja natūralius sveikųjų skaičių formatus (pvz., 16‑bitų PCM). Ji palaiko konvertavimą tarp 8‑, 16‑, 24‑ ir 32‑bitų sveikųjų skaičių formatų, taip pat 32‑bitų slankaus kablelio. Be to, ji siūlo pasirenkamą ditheringą bitų gylio sumažinimo metu, siekiant sumažinti kvantizacijos triukšmą – subtilų, bet kritišką bruožą aukštos kokybės garso programoms. Ditheringas išlaiko suvokiamą garso kokybę konvertuojant iš aukštesnių į žemesnius bitų gylį. Šios galimybės užtikrina nuoseklią garso ištikimybę įvairiose platformose, nereikalaujant kūrėjams patiems įgyvendinti sudėtingą formato tvarkymo logiką.

PaStreamParameters inputParam = {0};
inputParam.device = Pa_GetDefaultInputDevice();
inputParam.channelCount = 2;
inputParam.sampleFormat = paFloat32;
inputParam.suggestedLatency = Pa_GetDeviceInfo(inputParam.device)->defaultLowInputLatency;

// Enable dithering for output conversion
PaStream *stream;
Pa_OpenStream(&stream, &inputParam, NULL, 44100, 128, 
    paClipOff | paDitherOff, NULL, NULL);
// Note: paDitherOff disables dithering; omit for default dithering