1. 背景

音頻處理是嵌入式開發(fā)中常見的需求，無論是語音交互、環(huán)境監(jiān)測還是多媒體應(yīng)用都離不開音頻模塊的支持。在Linux系統(tǒng)中，ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）是一個成熟的音頻框架，提供了豐富的音頻處理接口，支持音頻的錄制、播放、混音等功能。而C#語言作為一種跨平臺的高級語言，也有著廣泛的應(yīng)用場景，通過.NET技術(shù)，我們可以在Linux系統(tǒng)中使用C#語言進行開發(fā)。

解決了.NET IOT 設(shè)備的音頻處理的基礎(chǔ)需求，我們就可以在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)更多的功能，比如關(guān)鍵詞喚醒，接入大模型的語音交互功能等。

2. 環(huán)境準(zhǔn)備

在開始之前，我們需要準(zhǔn)備一些基礎(chǔ)的環(huán)境。

• 搭載Linux系統(tǒng)的開發(fā)板（如樹莓派、Jetson Nano、D-Robotics、OrangePi、Luckfox 等）
• 支持ALSA驅(qū)動的音頻輸入/輸出設(shè)備（板載聲卡或USB聲卡）
• 一定的存儲空間和內(nèi)存

這里的演示我們以 Luckfox 開發(fā)板為例，其他開發(fā)板也可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。對于音頻輸入/輸出設(shè)備，Luckfox Pico Ultra 板載了貼片麥克風(fēng)，并有一個MX1.25 2P 連接器，支持接入 8Ω 1W 喇叭。對于樹莓派或 Jetson Nano 可以在微雪官網(wǎng)找到對應(yīng)的音頻擴展板，也可以使用USB聲卡，根據(jù)實際需求進行選擇。

2.2. 軟件依賴

首先，建議安裝好.NET 環(huán)境，.NET 8 或 .NET 9 都可以。當(dāng)然也可以選擇在本地開發(fā)完畢后發(fā)布非框架依賴的版本到開發(fā)板上運行。但是，這樣傳輸不便，畢竟文件較大。直接在開發(fā)板上開發(fā)，也是非常不建議的，因為開發(fā)板的性能有限，開發(fā)效率低下，編譯時間長。

其次，需要安裝 ALSA 的開發(fā)庫，以便在C#中調(diào)用ALSA的接口。在Ubuntu系統(tǒng)中，可以通過以下命令安裝：

sudo apt-get install libasound2-dev

同時，為了方便我們使用音頻設(shè)備，需要將當(dāng)前用戶添加到音頻組中，以便在無需 sudo 訪問音頻設(shè)備?？梢酝ㄟ^以下命令添加：

sudo usermod -a -G audio $USER

加入音頻組后，需要重新登錄或重啟系統(tǒng)，使用戶組生效。

2.3. 音頻配置

在開始之前，我們需要確認(rèn)音頻設(shè)備可以正常使用?？梢酝ㄟ^以下命令查看當(dāng)前系統(tǒng)的音頻設(shè)備信息：

arecord -l
aplay -l

同時我們可以對音頻設(shè)備進行簡單的測試：

arecord -f S16_LE -r 16000 -c 2 -d 5 test.wav
aplay test.wav

上面的命令使用的是默認(rèn)的音頻設(shè)備，如果有多個音頻設(shè)備，可以通過 -D 參數(shù)指定設(shè)備名稱。如果能夠正常錄制和播放音頻，則說明音頻設(shè)備可以正常使用。

為了提高麥克風(fēng)收音范圍和播放的音量大小，我們可以通過以下命令調(diào)整麥克風(fēng)增益以及播放音量：

amixer cset name='ADC ALC Left Volume' 26
amixer cset name='ADC ALC Right Volume' 6
amixer cset name='ADC Digital Left Volume' 195
amixer cset name='ADC Digital Right Volume' 195
amixer cset name='ADC MIC Left Gain' 3
amixer cset name='ADC MICBIAS Voltage' 'VREFx0_975'
amixer cset name='ADC Mode' 'SingadcL'
amixer cset name='DAC LINEOUT Volume' 30

不同的設(shè)備可能有不同的音頻控制器，可以通過 amixer scontrols 查看當(dāng)前設(shè)備支持的音頻控制器，然后通過 amixer scontents 查看具體的控制器名稱和取值范圍。

需要注意的是，有的 name 可能需要增加一個 Volume 后綴，同時需要注意取值范圍，不要設(shè)置過大或過小，以免損壞設(shè)備。對于不同的設(shè)備，可能存在不一樣的地方，可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。主要就是調(diào)整麥克風(fēng)的增益和提高偏置電壓，以適應(yīng)不同的環(huán)境。

當(dāng)然，除了指令外，也可以通過 alsamixer 命令進入交互式界面進行調(diào)整，可以參考 Luckfox 開發(fā)板的音頻配置文檔。

3. 編寫代碼

首先我們需要進行項目的初始化，可以通過以下命令創(chuàng)建一個新的控制臺應(yīng)用程序。同時，我們需要安裝一個用于操作ALSA的.NET庫 Alsa.Net，這個庫實現(xiàn)了對ALSA的封裝，方便我們在.NET中調(diào)用ALSA的接口。

dotnet new console -n AudioDemo
cd AudioDemo
dotnet add package Alsa.Net

完整的代碼如下：

using Alsa.Net;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var settings = new SoundDeviceSettings
        {
            MixerDeviceName = "hw:0",       // 混音設(shè)備
            PlaybackDeviceName = "hw:0",     // 播放設(shè)備
            RecordingDeviceName = "hw:0",    // 錄音設(shè)備
            RecordingSampleRate = 16_000     // 16kHz采樣率
        };

        using var alsaDevice = AlsaDeviceBuilder.Create(settings);
        
        // 錄制10秒音頻
        Console.WriteLine("開始錄音...");
        alsaDevice.Record(10, "output.wav");

        // 播放錄制的音頻
        Console.WriteLine("播放音頻...");
        alsaDevice.Play("output.wav");
    }
}

在代碼中，我們首先創(chuàng)建了一個 SoundDeviceSettings 對象，用于指定音頻設(shè)備的名稱和采樣率。然后通過 AlsaDeviceBuilder.Create 方法創(chuàng)建一個 AlsaDevice 對象，用于操作音頻設(shè)備。在 AlsaDevice 對象中，我們可以調(diào)用 Record 方法錄制音頻，或者調(diào)用 Play 方法播放音頻。hw:0 表示使用第一個硬件設(shè)備，可通過aplay -l查看可用設(shè)備。16kHz適用于語音場景，音樂場景建議使用44.1kHz或48kHz。

編寫好代碼后，我們就可以發(fā)布到開發(fā)板上運行了，對于 Luckfox 開發(fā)板記得選則 arm 架構(gòu)，其他開發(fā)板根據(jù)實際情況進行選擇。

4. 總結(jié)

通過ALSA框架與C#的結(jié)合，開發(fā)者可以快速在Linux嵌入式設(shè)備上實現(xiàn)音頻功能。本文展示了基礎(chǔ)的錄音/播放實現(xiàn)，實際項目中還需要考慮更多的優(yōu)化和使用方式，具體的可以前往 Alsa.Net 項目倉庫查看更多的使用方法。需要注意的是，因為設(shè)備和系統(tǒng)的差異，以及項目更新的問題，可能會出現(xiàn)一些部分接口不支持的情況，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

以上就是在Linux開發(fā)板中使用.NET實現(xiàn)音頻錄制與播放功能的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Linux .NET音頻錄制與播放的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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