Linux でサウンドを鳴らすプログラムを書く方法。基礎知識の説明。

・ サウンドドライバーとデバイス

Linux ではサウンドドライバー等のデバイスドライバーを組み込むと大抵それは デバイスとして扱えるようになります。デバイスは /dev 以下に置かれ(現れ)、 一般のファイルストリームと同等に扱える様になります。このあらゆるデバイス (メモリすら)をファイルと同等に扱えるというのは UNIX 系OSの特色であると 言っても良いでしょう。(plan9 とかではプロセスすらファイルとして扱えると 聞きました)
今回目的とするサウンドデバイスも当然 /dev の下にいます。そのサウンド デバイスへアクセスする具体的方法を説明します。

・ audio デバイス

表題の単語が若干怪しいけど、ここでは wave ファイルをサンプリングデータと して取り込み音声出力するデバイスの事を指します。PCM とか DSP とか言われる こともあるけど、それは中間の手法の単語だったりします。
Linux における audio デバイスドライバーでメジャーなのは OSS(Free) と ALSA の二つ。この二つのどっちを使うかでアクセス手段や /dev の名前が違います。 もちろん他 OS でも異なります。
ここでは Linux kernel に付いてくる OSS Free について解説します、他の ドライバーに関しては各人でお調べください。基本的なアクセス方法とかは 大体同じなので応用は効くと思います。
OSS のプログラミングに関しては OSS のサイトで入手 できます(英文)。他に 入手できる資料はあまりなかったのでこれを参照するのが現状ベターでしょう。 また、ハックの基本(そこまで大行でないけど)としてヘッダーファイルを参照 するのが大変有効な手段です。どんな define があるかとかどんな関数がある かとかはだいたいそこから掴めますから。

・ audio 出力、その1

/*-------------------------------------------------------
  OSS - /dev/dsp  test
--------------------------------------------------------*/
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/soundcard.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#define  DSP  "/dev/dsp"
#define  WAV  "../kurumi.wav"
#define  BUFFER  2048

static unsigned char  tmp[BUFFER];

int  main(void)
{
  int fp, out;
  int len, format;

  /* --- デバイスのオープン */
  fp = open(WAV, O_RDONLY);
  out = open(DSP, O_WRONLY);

  /* --- 音声デバイス設定 */
  format = AFMT_S16_LE;  
  ioctl(out, SNDCTL_DSP_SETFMT, &format);
  format = 1;
  ioctl(out, SNDCTL_DSP_STEREO, &format);
  format = 44100;
  ioctl(out, SNDCTL_DSP_SPEED, &format);
  /* --- 出力ループ */
  while((len = read(fp, tmp, BUFFER)) > 0) {
    write(out, tmp, len);
  }
  close(fp);
  close(out);
}

・ Volume調整、その1

  int  mix, vol;
  mix = open("/dev/mixer", O_WRONLY);
  ioctl(mix, MIXER_WRITE(SOUND_MIXER_PCM), &vol);

・ EsounD を扱う

EsounD を使おうと思い立ち「じゃあどうやって使うの？」となるわけですが、 残念なことに実は EsounD の API ドキュメントなるものはまだ存在していません。 じゃあなにもできないじゃないかと思われる人もいるかもしれませんが、 そうではありません。実際に動いているソースリストがあるじゃないですか。 というわけで esd.h というヘッダーファイルを中心に esdplay.c の様な サンプルプログラム、および esd 本体のソースをぐるぐると眺めながら なんとなく使い方を学びます。以下はそうして得られた結果だと思ってください。 流石に隅々までというわけには行きませんが、今自分が必要としている部分 に関しては記述してあります。

・ audio 出力、その2

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <esd.h>

#define  WAV  "../kurumi.wav"
#define  BUFFER  4096

static unsigned char  tmp[BUFFER];

int  main(void)
{
  FILE *fp;
  int vol, count, len;
  int esd;
  int sock = -1, rate = ESD_DEFAULT_RATE;
  esd_format_t format = 0;
  unsigned char *host = NULL;
  esd_info_t  *esdctl;

  format = ESD_BITS16 | ESD_STEREO | ESD_STREAM | ESD_PLAY;

  /* --- デバイスのオープン */
  esd = esd_open_sound(host);
  fp = fopen(WAV, "r");
  sock = esd_play_stream_fallback(format, rate, host, WAV);

  esdctl = esd_get_all_info(esd);

  /* --- 出力ループ */
  while((len = fread(tmp, 1, BUFFER, fp)) > 0) {
    write(sock, tmp, len);
  }
  esd_close(esd);
  fclose(fp);
  close(sock);
}

・ Volume調整、その2

   esd_set_stream_pan(esd, esdctl->player_list->source_id, vol, vol);

ちなみに esd_set_stream_pan() を使わずに esd に直接指令を送るという手法も あります。source_id が必要なのは同じですけれども、以下のようになります。

  int proto;
  esd_info_t  *esdctl;

  proto = ESD_PROTO_STREAM_PAN;
  esdctl = esd_get_all_info(esd);
  write( esd, &proto, sizeof(proto));
  write( esd, &esdctl->player_list->source_id, sizeof(int));
  write( esd, &vol, sizeof(vol));
  write( esd, &vol, sizeof(vol));

・ CDDA 演奏、その1

/*-------------------------------------------------------
  CDDA - /dev/cdrom  test
--------------------------------------------------------*/
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/cdrom.h>

#define  CDDEV  "/dev/cdrom"
static int     fp;

int main(void)
{
  fp = open(CDDEV, O_RDONLY);
  ioctl(fp, CDROMSTOP, NULL);
  sleep(3);
  ioctl(fp, CDROMSTART, NULL);
  {
    /* --- 演奏実験 */
    struct cdrom_ti  ti;

    ti.cdti_trk0 = ti.cdti_trk1 = 3;
    ti.cdti_ind0 = ti.cdti_ind0 = 0;
    ioctl(fp, CDROMPLAYTRKIND, &ti);
  }
  close(fp);
}

・ CDDA 演奏、その2

#include <cdaudio.h>

#define  CDDEV  "/dev/cdrom"
static int     fp;

int main(void)
{
  fp = cd_init_device(CDDEV);
  sleep(1);

  cd_play(fp, 3);

  sleep(10);
  cd_stop(fp);
  cd_finish(fp);
}

・ おわりに