openal 基礎知識

原文地址：http://blog.csdn.net/woker/article/details/8687380

一簡介

OpenAL抽象出三種基本對象：buffers(緩沖區)、sources(源)、listener(聽者)。Buffer用來填充聲音數據，然后附加到一個Source上，Source可以被定位並播放。聲音播放的效果取決於source相對於listener的位置和方向。通過創建數個sources、buffers和一個唯一的listener，並動態更新sources的位置和方向，就可以產生逼真的3D音效。

OpenAL基本對象及其與context和device之間的關系：

初始化OpenAL時必須打開至少一個device。這個device中，至少要創建1個context。context中含有一個listener，並可創建若干個source。每個source可以附加若干個buffer。Buffer是共享的，不屬於某個context。

1. 設備枚舉

alcOpenDevice()傳入一個字符串參數，打開對應的device。字符串應該是一個有效的OpenALrendering device的名字，或者NULL用以請求默認device。PC系統中可能存在多個OpenALrendering device，所以OpenAL的應用程序需要有區分不同設備的能力，可以使用OpenAL的Enumerationextension(枚舉擴展包)。Enumerationextension允許開發者獲得一個字符串，是一個包含了可用設備的列表【alcGetString(NULL,ALC_DEVICE_SPECIFIER)】，也可以獲得默認設備的名字【alcGetString(NULL,ALC_DEFAULT_DEVICE_SPECIFIER)】。對於錄音設備，相應的參數為ALC_CAPTURE_DEVICE_SPECIFIER和ALC_CAPTURE_DEFAULT_DEVICE_SPECIFIER。

用戶可以通過alcIsExtensionPresent和alIsExtensionPresent來獲取每個device支持的extensions。

2. 初始化/退出

初始化OpenAL的第一步是打開一個device，再為這個device創建一個context。然后就可以操控基本對象了。buffer操作的各種函數及步驟：

創建buffers：(1)alGetError重置錯誤狀態;(2) alGenBuffers 創建多個buffer;(3) alGetError檢測是否有錯誤發生。

填充buffer：alBufferData

創建sources：(1)alGetError重置錯誤狀態;(2) alGenSources 創建多個source;(3) alGetError檢測是否有錯誤發生。

附加buffers到sources：alSourcei

source播放buffer：alSourcePlay

動態更新source和listener屬性：alGetListenerfv,alListener3f, alSourcei, alGetSource3f

示例：

 

// Initialization
Device = alcOpenDevice(NULL); // select the "preferred device"
if (Device) {
    Context=alcCreateContext(Device,NULL);
    alcMakeContextCurrent(Context);
}

// Check for EAX 2.0 support
g_bEAX = alIsExtensionPresent("EAX2.0");
// Generate Buffers
alGetError(); // clear error code
alGenBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alGenBuffers :", error);
    return;
}

// Load test.wav
loadWAVFile("test.wav",&format,&data,&size,&freq,&loop);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alutLoadWAVFile test.wav : ", error);
    alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);
    return;
}

// Copy test.wav data into AL Buffer 0
alBufferData(g_Buffers[0],format,data,size,freq);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alBufferData buffer 0 : ", error);
    alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);
    return;
}

// Unload test.wav
unloadWAV(format,data,size,freq);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alutUnloadWAV : ", error);
    alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);
    return;
}

// Generate Sources
alGenSources(1,source);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alGenSources 1 : ", error);
    return;
}

// Attach buffer 0 to source
alSourcei(source[0], AL_BUFFER, g_Buffers[0]);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alSourcei AL_BUFFER 0 : ", error);
}

// Exit
Context=alcGetCurrentContext();
Device=alcGetContextsDevice(Context);
alcMakeContextCurrent(NULL);
alcDestroyContext(Context);
alcCloseDevice(Device);

 

 

3. listener屬性

每個context含有一個listener，函數集alListener[f,3f, fv, i]和alGetListener[f,3f, fv, i]（——注：A[B,C,D]表示AB,AC, AD）可以用來設置或獲取以下listener屬性：

屬性	數據類型	描述
AL_GAIN	f, fv	主增益，應為正數
AL_POSITION	fv, 3f, iv, 3i	X，Y，Z位置
AL_VELOCITY	fv, 3f, iv, 3i	速度向量
AL_ORIENTATION	fv, iv	由"at"和"up"向量描述的方向

示例：

 

ALfloat listenerPos[]={0.0,0.0,0.0};
ALfloat listenerVel[]={0.0,0.0,0.0};
ALfloat listenerOri[]={0.0,0.0,-1.0, 0.0,1.0,0.0};

// Position ...
alListenerfv(AL_POSITION,listenerPos);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alListenerfv POSITION : ", error);
    return;
}

// Velocity ...
alListenerfv(AL_VELOCITY,listenerVel);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alListenerfv VELOCITY : ", error);
    return;
}

// Orientation ...
alListenerfv(AL_ORIENTATION,listenerOri);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alListenerfv ORIENTATION : ", error);
    return;
}

 

 

4. buffer屬性

每個由alGenBuffers創建的buffer都有屬性，函數集alGetBuffer[f,i]可用來獲取下述屬性：

屬性	數據類型	描述
AL_FREQUENCY	i, iv	頻率(Hz)
AL_BITS	i, iv	位寬
AL_CHANNELS	i, iv	channel數，可以大於1，但播放時不能定位
AL_SIZE	i, iv	總大小(Byte)
AL_DATA	i,iv	數據拷貝的初始位置，一般沒有用

 

示例：

// Retrieve Buffer Frequency
alBufferi(g_Buffers[0], AL_FREQUENCY, iFreq);

 

5. source屬性

每個由alGenSources創建的source都有可配置的屬性，函數集alSource[f,3f, fv, i]和alGetSource[f,3f, fv, i]可以用來配置或獲取以下source屬性：

屬性	數據類型	描述
AL_PITCH	f, fv	source的buffer的頻率(采樣率)倍增器(pitchmultiplier)，總是正數
AL_GAIN	f, fv	source增益，應為正數
AL_MAX_DISTANCE	f, fv, i, iv	用於反鉗位距離模型(InverseClamped Distance Model)，大於次距離，source不再衰減
AL_ROLLOFF_FACTOR	f, fv, i, iv	source的衰減率，默認為1.0
AL_REFERENCE_DISTANCE	f, fv, i, iv	小於此距離時，source的音量減半(在衰減率和AL_MAX_DISTANCE作用之前)
AL_MIN_GAIN	f, fv	source的最小增益
AL_MAX_GAIN	f, fv	source的最大增益
AL_CONE_OUTER_GAIN	f, fv	外錐(outercone)外的增益
AL_CONE_INNER_ANGLE	f, fv, i, iv	內錐覆蓋的角度，在此之中，source不會衰減
AL_CONE_OUTER_ANGLE	f, fv, i, iv	外錐覆蓋的角度，在此之外，source完全衰減。內錐和外錐之間平滑衰減
AL_POSITION	fv, 3f	X,Y,Z位置
AL_VELOCITY	fv, 3f	速度矢量
AL_DIRECTION	fv, 3f, iv, 3i	方向矢量
AL_SOURCE_RELATIVE	i, iv	指示position是否是相對於listener
AL_SOURCE_TYPE	i, iv	source類型，AL_UNDETERMINED,AL_STATIC, AL_STREAMING
AL_LOOPING	i, iv	設置循環播放，AL_TURE,AL_FALSE
AL_BUFFER	i, iv	附加的buffer的ID
AL_SOURCE_STATE	i, iv	source的狀態，AL_STOPPED,AL_PLAYING, ...
AL_BUFFERS_QUEUED	i, iv	【只讀】用alSourceQueueBuffers入隊列的buffer個數，出隊用alSourceUnqueueBuffers
AL_BUFFERS_PROCESSED	i, iv	【只讀】隊列中已經被處理的buffer數
AL_SEC_OFFSET	f, fv, i, iv	播放的位置，秒
AL_SAMPLE_OFFSET	f, fv, i, iv	播放的位置，Sample數
AL_BYTE_OFFSET	f, fv, i, iv	播放的位置，字節數

 

示例：

alGetError(); // clear error state
alSourcef(source[0],AL_PITCH,1.0f);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
    DisplayALError("alSourcef 0 AL_PITCH : \n", error);

alGetError(); // clear error state
alSourcef(source[0],AL_GAIN,1.0f);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
    DisplayALError("alSourcef 0 AL_GAIN : \n", error);

alGetError(); // clear error state
alSourcefv(source[0],AL_POSITION,source0Pos);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
    DisplayALError("alSourcefv 0 AL_POSITION : \n", error);

alGetError(); // clear error state
alSourcefv(source[0],AL_VELOCITY,source0Vel);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
    DisplayALError("alSourcefv 0 AL_VELOCITY : \n", error);

alGetError(); // clear error state
alSourcei(source[0],AL_LOOPING,AL_FALSE);
if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
    DisplayALError("alSourcei 0 AL_LOOPING true: \n", error);

 

6. buffer隊列(bufferqueuing)
buffer隊列用以保證聲音的連續播放。使用buffer隊列時，buffer和source都是普通方法創建，但是附加buffer到source時使用alSourceQueueBuffers和alSourceUnqueueBuffers來替代alSourcei。alSourceQueueBuffers可以附加一個或一組buffer到一個source上，然后調用alSourcePlay來播放。播放source時，可以調用alSourceUnqueueBuffers來移除已經播放了的buffer。這些buffer可以重填新的數據或者丟棄。新的或重填的buffer可以通過alSourceQueueBuffers附加到原來正在播放的source上。只要buffer隊列中一直有新的buffer用以播放，source就不會停。

1)用於流(streaming)的source不應該用alSourcei來附加其第一個buffer，始終用alSourceQueueeBuffers。任何source都可以用alSourcei(...,AL_BUFFER,0)來卸載其全部buffer，這些buffer可以接着用作流buffer或非流buffer，取決於附加到source的方式(alSourcei或alSourceQueueBuffers)。

2)所有通過alSourceQueueBuffers附加到某個source的buffer，都應該有相同的聲音格式。

 

7. 多普勒偏移(DopplerShift)

多普勒效應取決於source和listener相對於介質的速度，以及介質中聲音的傳播速度。應用程序可能希望強化或弱化多普勒效應，因為精確計算可能達不到期望的聲音效果。頻率偏移(音調改變)的量正比於listener和source接近或遠離的速度。OpenAL中多普勒效應的實現是通過下述公式，忽略介質(空氣、水等)移動的效應。

SS: AL_SPEED_OF_SOUND = 聲音傳播速度，默認值343.3
DF: AL_DOPPLER_FACTOR = 多普勒系數，默認為1.0
vls: listener速度標量（在source-listener直線上投影值，向內為正）
vss: source速度標量（在source-listener直線上投影值，向內為正）
f: 采樣頻率
F : 多普勒頻率偏移量
Mag(vec) = sqrt(vec.x * vec.x + vec.y * vec.y + vec.z * vec.z)
DotProduct(v1, v2) = (v1.x * v2.x + v1.y * v2.y + v1.z * v2.z)
SL = source指向listener的向量
SV = source速度向量
LV = listener速度向量
vls = DotProduct( SL, LV ) / Mag(SL)
vss = DotProduct( SL, SV ) / Mag(SL)
多普勒計算：
vss = min( vss, SS/DF )
vls = min (vls, SS/DF )
F = f * ( SS - DF * vls ) / ( SS - DF * vss )

有兩個API用以控制聲音傳播速度和多普勒系數。AL_DOPPLER_FACTOR是source和listener速度的一個系數，用以放大或減小多普勒偏移量。

        void alDopplerFacor ( ALfloat dopplerFactor );

負數會導致AL_INVALID_VALUE錯誤，命令失效。默認值為1。通過alGetFloat{v}和AL_DOPPLER_FACTOR可以獲取當前配置。

AL_SPEED_OF_SOUND允許應用程序改變傳播速度，source、listener以及聲音傳播的速度三者應該使用相同的速度單位。

        void alSpeedOfSound ( Alfloat speed );

負數會導致AL_INVALID_VALUE錯誤，命令失效。默認值為343.3（聲音在空氣中的傳播速度）。通過alGetFloat{v}和AL_SPEED_OF_SOUND獲取當前值。距離與速度的單位完全獨立，可以使用不同的單位。如果不想有多普勒效應，可以將所有速度設置成0。

8. 錯誤處理

alGetError可在任何時刻獲取OpenAL的錯誤狀態，同時清除錯誤狀態，所以通常在重要操作前后都調用。錯誤碼如下：

錯誤碼	描述
AL_NO_ERROR	沒有錯誤
AL_INVALID_NAME	傳入錯誤的名字(ID)
AL_INVALID_ENUM	傳入無效的枚舉值
AL_INVALID_VALUE	傳入無效的值
AL_INVALID_OPERATION	無效的請求
AL_OUT_OF_MEMORY	請求操作導致OpenAL內存溢出

示例：

alGetError(); // Clear Error Code

// Generate Buffers
alGenBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);

if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)
{
    DisplayALError("alGenBuffers :", error);
    exit(-1);
}

 

9. 擴展包(Extensions)

OpenAL的extension機制可以讓開發商增加新特性的API。創新科技(CreativeLabs)已經增加了多個extension，包括EAX,X-RAM, Multi-Channel Buffer playback，EffectExtension(EFX)。應用程序可以根據extension的種類調用alIsExtensionPresent或者alcIsExtensionPresent來判斷某個extension是否有效。