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Waveform Audio 驱动(Wavedev2)之：WAV 驱动解析

来源：互联网 发布：手机虚拟ip地址软件 编辑：程序博客网 时间：2024/04/28 17:32

原文出处：http://blog.csdn.net/jinhaijian/article/details/5528192


Waveform Audio 驱动(Wavedev2)之：WAV 驱动解析

      上篇文章中，我们模拟了WAV API。现在进入我们正在要解析的Wave 驱动的架构。我们了解一个驱动的时候，先不去看具体跟硬件操作相关的东西，而是从流程入手，把整个流程搞清楚了，调试起来就非常的容易了。我们着重看hwctxt.cpp,hwctxt.H，devctxt.cpp,devctxt.H,strmctxt.cpp,strmctxt.H这几个源文件。其中hwctxt是类HardwareContext代码文件，devctxt是DeviceContext代码文件，strmctxt是StreamContext代码文件。这几个类的其他一些功能，还在其他一些文件中实现，如output.Cpp，midistrm.Cpp等。

      现在我们来看下StreamContext的类图，StreamContext是管理音频流的对象，包括播放、暂停、停止、设置音量、获取播放位置等。从下面的StreamContext的类图中，我们可以看到它派生了WaveStreamContext和MidiStream。然后WaveStreamContext又派生了Input和Output类型的Stream。不用说也可以知道InputStreamContext是针对于像麦克这种输入设备流的。

wps_clip_image-597[4]

StreamContext类图

      其中OutputStreamContext派生了六个类，M代表单音道，S代表的是立体音，8/16是8/16比特采样了。 SPDIF（SONY/PHILIPS DIGITAL INTERFACE）是一种最新的音频传输格式，它通过光纤进行数字音频信号传输以取代传统的模拟信号传输方式，因此可以取得更高质量的音质效果。

     StreamContext是一个管理音频数据流的对象，像智能手机中可能存在用media player播放音乐，同时又开着FM，突然又来电。从上篇文章中我们知道，要想调用wave驱动的播放功能，每个应用都有一份StreamContext对象，上面提到的状况，就会有三个StreamContext对象被创建。 在硬件只要一个的条件下，那么这三个StreamContext是如果协同工作的呢？而DeviceContext正是管理StreamContext对象的。

如下是DeviceContext类图：

wps_clip_image-1047[4] 
DeviceContext类图

DeviceContext派生出InputDeviceContext和OutputDeviceContext，他们分别管理InputStreamContext和OutputStreamContext。在DeviceContext内部维护了一个双向链表来管理StreamContext。

HardwareContext是具体操作硬件相关的类，其内部包含InputDeviceContext和OutputDeviceContext对象，下面这种图，就是三个类的关系图，一看就知道他们的对应关系了。

wps_clip_image-1339[4]

DeivceContext和StreamContext关系图

    对于HardwareContext是具体操作硬件的东西，不具有代码性，只要仔细看看代码就行了。现在我们主要分析下DeviceContext和StreamContext的关系。

DeviceContext的作用是管理StreamContext，可以分为几套函数,见Devctxt.h, Devctxt.cpp

音量增益管理：下面这个函数主要是设置设备的整个音量增益，设置了设备音量增益后，对流音量的增益起了限制做用的。

音量函数如下

 

[cpp] view plaincopy
  1. DWORD GetGain();  
  2. DWORD SetGain(DWORD dwGain);  
  3. DWORD GetDefaultStreamGain();  
  4. DWORD SetDefaultStreamGain(DWORD dwGain);  
  5. DWORD GetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass);  
  6. DWORD SetSecondaryGainLimit(DWORD GainClass, DWORD Limit);  

先来讲下设备音量增益(Device Gain)和流音量增益(Stream Gain)的关系。我们从微软Media Player中，很容易就看到了设备音量和流音量的关系。设备音量时通过音量键来控制系统的音量，从而改变整个输出设备的音量的，但是在Media Player中，还是有一个单独的音量控制按钮，它能调节Media Player的音量（不要问我在哪里，自己找)，但是调试它是受限制于系统音量，是如何限制，请看下面讲解。

我们现在看下设置系统音量和设置流音量的整个流程，来了解整个音量控制的过程。用户设置时，会调用waveOutSetVolume

MMRESULT waveOutSetVolume(

  HWAVEOUT hwo,

  DWORD dwVolume

);

当HWAVEOUT传入为空时，设置的就是设备音量，当HWAVEOUT是通过调用waveOutOpen返回的句柄是，设置的就是流音量。

好，我们进入到驱动中区看看，waveOutSetVolume会调用到来看wavemain.Cpp中HandleWaveMessage的WODM_SETVOLUME分支，我在代码中去掉了不重要的部分，可以看得更清晰些。

[cpp] view plaincopy
  1. case WODM_SETVOLUME:  
  2. {  
  3.     StreamContext *pStreamContext;  
  4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
  5.   
  6.     LONG dwGain = dwParam1;  
  7.     if (pStreamContext)  
  8.     {  
  9.         dwRet = pStreamContext->SetGain(dwGain);  
  10.     }  
  11.     else  
  12.     {  
  13.         DeviceContext *pDeviceContext = g_pHWContext->GetOutputDeviceContext(uDeviceId);  
  14.         dwRet = pDeviceContext->SetGain(dwGain);  
  15.     }  
  16. }  

dwUser 指向的是StreamContext对象（在前文中已经讲过），如果pStreamContext为空，那么就调用DeviceContext的SetGain函数，否则调用StreamContext的SetGain函数。调用StreamContext的Gain只对当前的StreamContext的音量起作用，不影响其他的Stream音量。但是对DeviceContext设置音量增益是对DeviceContext管理的所有StreamContext起了控制作用，但是具体是如何影响的，还是根据代码来分析：

在Devctxt.h中的SetGain函数代码如下

[cpp] view plaincopy
  1. DWORD SetGain(DWORD dwGain)  
  2.     {  
  3.         m_dwGain = dwGain;  
  4.         RecalcAllGains();  
  5.         return MMSYSERR_NOERROR;  
  6.     }  

用m_dwGain保存设备音量，然后调用RecalcAllGains来重新计算所有StreamContext的音量增益。

在Devctxt.cpp中的RecalcAllGains的实现如下

[cpp] view plaincopy
  1. void DeviceContext::RecalcAllGains()  
  2. {  
  3.     PLIST_ENTRY pListEntry;  
  4.     StreamContext *pStreamContext;  
  5.   
  6.     for (pListEntry = m_StreamList.Flink;  
  7.         pListEntry != &m_StreamList;  
  8.         pListEntry = pListEntry->Flink)  
  9.     {  
  10.         pStreamContext = CONTAINING_RECORD(pListEntry,StreamContext,m_Link);  
  11.         pStreamContext->GainChange();  
  12.     }  
  13.     return;  
  14. }  

它便利所有的StreamContext,并调用pStreamContext->GainChange()来改变StreamContext对象的音量。接着看StreamContext类中的GainChange的实现

[cpp] view plaincopy
  1. void GainChange()  
  2.    {  
  3.        m_fxpGain = MapGain(m_dwGain);  
  4. }  
  5. DWORD StreamContext::MapGain(DWORD Gain)  
  6. {  
  7.     DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;  
  8.     DWORD SecondaryGain = m_pDeviceContext->GetSecondaryGainLimit(m_SecondaryGainClass) & 0xFFFF;  
  9.     if (m_SecondaryGainClass < SECONDARYDEVICEGAINCLASSMAX)  
  10.     {  
  11.         // Apply device gain  
  12.         DWORD DeviceGain = m_pDeviceContext->GetGain() & 0xFFFF;  
  13.         TotalGain *= DeviceGain;  
  14.         TotalGain += 0xFFFF;  // Round up  
  15.         TotalGain >>= 16;     // Shift to lowest 16 bits  
  16.     }  
  17.   
  18.     // Apply secondary gain  
  19.     TotalGain *= SecondaryGain;  
  20.     TotalGain += 0xFFFF;  // Round up  
  21.     TotalGain >>= 16;     // Shift to lowest 16 bits  
  22.   
  23.     // Special case 0 as totally muted  
  24.     if (TotalGain==0)  
  25.     {  
  26.         return 0;  
  27.     }  
  28.   
  29.     // Convert to index into table  
  30.     DWORD Index = 63 - (TotalGain>>10);  
  31.     return GainMap[Index];  
  32. }  

音量在系统中用一个DWORD值来表示，其高低两个字节分别来表示左右声道，一般情况下左声道和右声道的音量大小是一样的，所以只取其低两个字节，DWORD TotalGain = Gain & 0xFFFF;

TotalGain是DeviceGain和m_dwGain的乘机，然后再左移16位得到的。其实就是TotalGain=DeviceGain*m_dwGain/最高音量，如果把DeviceGain/最高音量，用百分比来算的话，就很更容易理解了，那么最后的公式就变成TotalGain=DeviceGain*系统音量百分比。那么这里就解释了系统音量是如何限制流音量的疑问。

我们设置好音量增益后，最终会再哪里体现呢：首先看一下Output.cpp文件，WaveStreamContext::Render之后的数据就是直接发送到外部声音芯片的数据，他根据参数以及标志位选择OutputStreamContextXXX::Render2，XXX表示双声道S单声道M，bit位是8位还是16位。以双声道OutputStreamContextS16::Render2为例，BSP里面的代码如下：

[cpp] view plaincopy
  1. PBYTE OutputStreamContextS16::Render2(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, PBYTE pBufferLast)  
  2. {  
  3.     LONG CurrT = m_CurrT;  
  4.     LONG DeltaT = m_DeltaT;  
  5.     LONG CurrSamp0 = m_CurrSamp[0];  
  6.     LONG PrevSamp0 = m_PrevSamp[0];  
  7.     PBYTE pCurrData = m_lpCurrData;  
  8.     PBYTE pCurrDataEnd = m_lpCurrDataEnd;  
  9.     LONG fxpGain = m_fxpGain;  
  10.     LONG OutSamp0;  
  11.   
  12.     __try  
  13.     {  
  14.         while (pBuffer < pBufferEnd)  
  15.         {  
  16.             while (CurrT >= 0x100)  
  17.             {  
  18.                 if (pCurrData>=pCurrDataEnd)  
  19.                 {  
  20.                     goto Exit;  
  21.                 }  
  22.                 CurrT -= 0x100;  
  23.                 PrevSamp0 = CurrSamp0;  
  24.                 PPCM_SAMPLE pSampleSrc = (PPCM_SAMPLE)pCurrData;  
  25.                 CurrSamp0 =  (LONG)pSampleSrc->s16.sample_left;  
  26.                 CurrSamp0 += (LONG)pSampleSrc->s16.sample_right;  
  27.                 CurrSamp0 = CurrSamp0>>1;  
  28.                 pCurrData+=4;  
  29.             }  
  30.             OutSamp0 = PrevSamp0 + (((CurrSamp0 - PrevSamp0) * CurrT) >> 8);  
  31.             // 设置增益  
  32.             OutSamp0 = (OutSamp0 * fxpGain) >> VOLSHIFT;  
  33.             CurrT += DeltaT;  
  34.       
  35.             if (pBuffer < pBufferLast)  
  36.             {  
  37.                 OutSamp0 += *(HWSAMPLE *)pBuffer;  
  38.             }  
  39.             *(HWSAMPLE *)pBuffer = (HWSAMPLE)OutSamp0;  
  40.             pBuffer += sizeof(HWSAMPLE);  
  41.   
  42.         }  
  43.     }//end the __try block  
  44.     __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)  
  45.     {  
  46.         RETAILMSG(1, (TEXT("InputStreamContext::Render2!/r/n")));  
  47.         m_lpCurrData = m_lpCurrDataEnd = NULL;    
  48.         return NULL;  
  49.     }  
  50. Exit:  
  51.     m_dwByteCount += (pCurrData - m_lpCurrData);  
  52.     m_lpCurrData = pCurrData;  
  53.     m_CurrT = CurrT;  
  54.     m_PrevSamp[0] = PrevSamp0;  
  55.     m_CurrSamp[0] = CurrSamp0;  
  56.     return pBuffer;  
  57.     }  

从上面看到是与采样数据相乘，然后在左移16位。跟上面提到的系统音量影响流音量是一样的。

上面讲了，DeviceContext的音量增益管理，现在来看下它的流管理。

StreamContext流管理：主要来管理StreamContext的创建、删除、渲染、传输等功能。

主要有如下几个函数

[cpp] view plaincopy
  1. StreamContext *CreateStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD);  
  2. DWORD OpenStream(LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags, StreamContext **ppStreamContext);  
  3. HRESULT Open(DeviceContext *pDeviceContext, LPWAVEOPENDESC lpWOD, DWORD dwFlags);  
  4. void NewStream(StreamContext *pStreamContext);  
  5. void DeleteStream(StreamContext *pStreamContext);  
  6. void StreamReadyToRender(StreamContext *pStreamContext);  
  7. PBYTE TransferBuffer(PBYTE pBuffer, PBYTE pBufferEnd, DWORD *pNumStreams, BOOL bMuteFlag);  

在DeviceContext中有个m_StreamList的双向链表(LIST_ENTRY), m_StreamList用来指向链表的头。在StreamConext中也存在一个m_Link(LIST_ENTRY)。StreamContext是调用DeviceContext的OpenStream来创建的，然后把StreamContext对象加入到DeviceContext的m_StreamList中。我们从代码中去直接分析：

上层调用waveoutOpen，在wavedev2中会调用WODM_OPEN这个分支。在WODM_OPEN中的代码如下：

[cpp] view plaincopy
  1. case WODM_OPEN:  
  2. {  
  3.     StreamContext *pStreamContext;  
  4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
  5.     dwRet = pDeviceContext->OpenStream((LPWAVEOPENDESC)dwParam1, dwParam2, (StreamContext **)pStreamContext);  
  6.     break;  
  7. }  

OpenStream的其流程图如下

wps_clip_image-7555[4]

StreamContext 初始化流程

CreateStream是根据WAVEFORMATEX这个结构体，来判断具体要创建StreamContext的哪个派生类，下面是CreateStream的流程图，不可不提，还是流程图清晰。

wps_clip_image-7702[4]

OutputDeviceContext:: CreateStream流程图

上面讲了上层通过WODM_OPEN创建一个StreamContext的过程，那么音频流被打开之后，接下来就是给StreamContext传入音频数据开始播放音乐。Wavedev2提供了WODM_WRITE来向音频设置写入数据。我们先看下WODM_WRITE分支的代码

[cpp] view plaincopy
  1. case WODM_WRITE:  
  2. {  
  3.     StreamContext *pStreamContext;  
  4.     pStreamContext = (StreamContext *) dwUser;  
  5.     dwRet = pStreamContext->QueueBuffer((LPWAVEHDR)dwParam1);  
  6.     break;  
  7. }  

这里调用了StreamContext中的QueueBuffer，QueueBuffer的作用就是把WAVEHDR中的数据加入到StreamContext的队列中，等待播放。下面是QueueBuffer的流程图

wps_clip_image-8173[4]

QueueBuffer流程图

在QueueBuffer中调用DeviceContext中的StreamReadyToReander通知可以开始渲染了，流程图中的箭头方向是StreamReadyToReander调用流程，最终调用SetEvent(hOutputIntEvent)，来通知线程数据已经准备好，得到通知后，就开始播放了。该线程在HardwareContext中的OutputInterruptThread函数中

OutputInterruptThread流程如下

wps_clip_image-8440[5]

结尾时，想起大学教育的一个问题，居然不学语文了。见别人写的文章文采飞扬，而我的确是很僵硬，风趣和文采都不足。

还是老话，本人才疏学浅，有错误之处，请更正。


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