Linux ALSA 实时音频采集、播放与处理框架 / Realtime Audio Processing Framework based on ALSA
ALSA_RealtimeProcess 是一个基于 Linux ALSA 库的实时音频捕获与播放示例项目，展示了如何在用户空间中实现 低延迟、稳定可靠的全双工音频处理管线。
它封装了 AlsaCapture（录音）与 AlsaPlayback（播放）两个类，并在 duplex_main 示例中实现了：
- 同步采集与播放；
- 实时音频处理（增益、EQ 等可扩展逻辑）；
- 环形缓冲防止 XRUN；
- 自动恢复机制（防止 Broken Pipe）；
- 多线程安全设计。
ALSA_RealtimeProcess/ ├── include/ # 公共头文件 (Headers) │ ├── alsa_capture.h │ └── alsa_playback.h ├── src/ # 实现 (Implementations) │ ├── alsa_capture.cpp │ └── alsa_playback.cpp ├── examples/ # 示例程序 (Examples) │ ├── record.cpp # 录音示例 / Record example │ ├── playback.cpp # 播放示例 / Playback example │ └── duplex_main.cpp # 实时采集-处理-播放 / Duplex example ├── CMakeLists.txt └── README.md
确保已安装 ALSA 开发库：
sudo apt-get install libasound2-dev
🧰 构建 | Build
bash
复制代码
git clone https://github.com/LzayoiYui/ALSA_RealtimeProcess.git
cd ALSA_RealtimeProcess
mkdir build && cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build . -j
🚀 使用示例 | Usage Examples
🎙️ 录音 | Record
bash
复制代码
./arp_record output.pcm
🔊 播放 | Playback
bash
复制代码
./arp_playback input.pcm
你也可以使用以下命令来播放录制的 PCM 文件：
```bash
aplay -f S16_LE -r 44100 -c 2 recording.pcm
或者
ffplay -f s16le -ar 44100 -ac 2 recording.pcm
🔁 实时采集 → 处理 → 播放 | Full Duplex Processing
bash
复制代码
./arp_duplex hw:0 hw:0 44100 2
运行后可以输入数字调整实时增益：
scss
复制代码
输入增益 (如 0.5, 1.0, 2.0)，Ctrl+C 再按一次回车退出。
mathematica
复制代码
Enter gain value (e.g., 0.5, 1.0, 2.0), press Ctrl+C then Enter to quit.
⚙️ 参数说明 | Parameters
参数 / Param 默认值 / Default 说明 / Description
采样率 / Sample Rate 44100 Hz 可改为 48000 Hz
通道数 / Channels 2 立体声 / Stereo
采样格式 / Format S16_LE 支持 S32_LE / FLOAT
环形缓冲 / Ring Buffer 500 ms 建议低延迟配置约 150~250 ms
块大小 / Period Size 1024 帧 采集/播放块长度
🧠 技术特性 | Technical Features
基于 ALSA 的音频 I/O 封装 (ALSA PCM wrapper)
实时音频环形缓冲 (Thread-safe ring buffer)
自动恢复机制 (Auto recovery via snd_pcm_recover)
多线程异步架构 (Separate capture/playback/control threads)
可插入自定义音频算法 (User-defined DSP callback)
🧩 低延迟调优建议 | Low-latency Tips
调优项 建议值
Period Size 128 ~ 256 帧
Buffer Size 2–3 × Period
优先级 SCHED_FIFO 实时线程
锁定内存 `mlockall(MCL_CURRENT
CPU Governor performance 模式
⚠️ 注意：部分调优需要 root 权限或 RT 内核支持。
❓ 常见问题 | FAQ
Q1: 出现 "Broken pipe" 错误？
A1: 代表播放 underrun，程序会自动恢复；如仍频繁出现，请加大 ring buffer 或降低采样率。
Q2: 没有声音？
A2: 检查设备节点 (hw:0,0)，或使用 arecord -l / aplay -l 查看设备列表。
Q3: 声音延迟太高？
A3: 调整 period 大小和缓冲区大小；关闭 PulseAudio，使用独占模式运行。
🪪 许可证 | License
MIT License
👤 作者信息 | Author
信息
作者 / Author 曾诚 (Zeng Cheng)
邮箱 / Email [email protected]
关键词 / Tags ALSA, Realtime Audio, Low Latency, C++, DSP