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  • openal 基础知识

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

    一简介

    OpenAL抽象出三种基本对象：buffers(缓冲区)、sources(源)、listener(听者)。Buffer用来填充声音数据，然后附加到一个Source上，Source可以被定位并播放。声音播放的效果取决于source相对于listener的位置和方向。通过创建数个sources、buffers和一个唯一的listener，并动态更新sources的位置和方向，就可以产生逼真的3D音效。

    OpenAL基本对象及其与context和device之间的关系：

    初始化OpenAL时必须打开至少一个device。这个device中，至少要创建1个context。context中含有一个listener，并可创建若干个source。每个source可以附加若干个buffer。Buffer是共享的，不属于某个context。

    1. 设备枚举

    alcOpenDevice()传入一个字符串参数，打开对应的device。字符串应该是一个有效的OpenALrendering device的名字，或者NULL用以请求默认device。PC系统中可能存在多个OpenALrendering device，所以OpenAL的应用程序需要有区分不同设备的能力，可以使用OpenAL的Enumerationextension(枚举扩展包)。Enumerationextension允许开发者获得一个字符串，是一个包含了可用设备的列表【alcGetString(NULL,ALC_DEVICE_SPECIFIER)】，也可以获得默认设备的名字【alcGetString(NULL,ALC_DEFAULT_DEVICE_SPECIFIER)】。对于录音设备，相应的参数为ALC_CAPTURE_DEVICE_SPECIFIER和ALC_CAPTURE_DEFAULT_DEVICE_SPECIFIER。

    用户可以通过alcIsExtensionPresent和alIsExtensionPresent来获取每个device支持的extensions。

    2. 初始化/退出

    初始化OpenAL的第一步是打开一个device，再为这个device创建一个context。然后就可以操控基本对象了。buffer操作的各种函数及步骤：

    创建buffers：(1)alGetError重置错误状态;(2) alGenBuffers 创建多个buffer;(3) alGetError检测是否有错误发生。

    填充buffer：alBufferData

    创建sources：(1)alGetError重置错误状态;(2) alGenSources 创建多个source;(3) alGetError检测是否有错误发生。

    附加buffers到sources：alSourcei

    source播放buffer：alSourcePlay

    动态更新source和listener属性：alGetListenerfv,alListener3f, alSourcei, alGetSource3f

    示例：

     

    [cpp] view plaincopy
     
    1. // Initialization  
    2. Device = alcOpenDevice(NULL); // select the "preferred device"  
    3. if (Device) {  
    4.     Context=alcCreateContext(Device,NULL);  
    5.     alcMakeContextCurrent(Context);  
    6. }  
    7.   
    8. // Check for EAX 2.0 support  
    9. g_bEAX = alIsExtensionPresent("EAX2.0");  
    10. // Generate Buffers  
    11. alGetError(); // clear error code  
    12. alGenBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);  
    13. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    14. {  
    15.     DisplayALError("alGenBuffers :", error);  
    16.     return;  
    17. }  
    18.   
    19. // Load test.wav  
    20. loadWAVFile("test.wav",&format,&data,&size,&freq,&loop);  
    21. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    22. {  
    23.     DisplayALError("alutLoadWAVFile test.wav : ", error);  
    24.     alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);  
    25.     return;  
    26. }  
    27.   
    28. // Copy test.wav data into AL Buffer 0  
    29. alBufferData(g_Buffers[0],format,data,size,freq);  
    30. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    31. {  
    32.     DisplayALError("alBufferData buffer 0 : ", error);  
    33.     alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);  
    34.     return;  
    35. }  
    36.   
    37. // Unload test.wav  
    38. unloadWAV(format,data,size,freq);  
    39. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    40. {  
    41.     DisplayALError("alutUnloadWAV : ", error);  
    42.     alDeleteBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);  
    43.     return;  
    44. }  
    45.   
    46. // Generate Sources  
    47. alGenSources(1,source);  
    48. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    49. {  
    50.     DisplayALError("alGenSources 1 : ", error);  
    51.     return;  
    52. }  
    53.   
    54. // Attach buffer 0 to source  
    55. alSourcei(source[0], AL_BUFFER, g_Buffers[0]);  
    56. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    57. {  
    58.     DisplayALError("alSourcei AL_BUFFER 0 : ", error);  
    59. }  
    60.   
    61. // Exit  
    62. Context=alcGetCurrentContext();  
    63. Device=alcGetContextsDevice(Context);  
    64. alcMakeContextCurrent(NULL);  
    65. alcDestroyContext(Context);  
    66. alcCloseDevice(Device);  

     

    3. listener属性

    每个context含有一个listener，函数集alListener[f,3f, fv, i]和alGetListener[f,3f, fv, i]（——注：A[B,C,D]表示AB,AC, AD）可以用来设置或获取以下listener属性：

    属性

    数据类型

    描述

    AL_GAIN

    f, fv

    主增益，应为正数

    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：

     

    [cpp] view plaincopy
     
    1. ALfloat listenerPos[]={0.0,0.0,0.0};  
    2. ALfloat listenerVel[]={0.0,0.0,0.0};  
    3. ALfloat listenerOri[]={0.0,0.0,-1.0, 0.0,1.0,0.0};  
    4.   
    5. // Position ...  
    6. alListenerfv(AL_POSITION,listenerPos);  
    7. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    8. {  
    9.     DisplayALError("alListenerfv POSITION : ", error);  
    10.     return;  
    11. }  
    12.   
    13. // Velocity ...  
    14. alListenerfv(AL_VELOCITY,listenerVel);  
    15. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    16. {  
    17.     DisplayALError("alListenerfv VELOCITY : ", error);  
    18.     return;  
    19. }  
    20.   
    21. // Orientation ...  
    22. alListenerfv(AL_ORIENTATION,listenerOri);  
    23. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    24. {  
    25.     DisplayALError("alListenerfv ORIENTATION : ", error);  
    26.     return;  
    27. }  

     

    4. buffer属性

    每个由alGenBuffers创建的buffer都有属性，函数集alGetBuffer[f,i]可用来获取下述属性：

    属性

    数据类型

    描述

    AL_FREQUENCY

    i, iv

    频率(Hz)

    AL_BITS

    i, iv

    位宽

    AL_CHANNELS

    i, iv

    channel数，可以大于1，但播放时不能定位

    AL_SIZE

    i, iv

    总大小(Byte)

    AL_DATA

    i,iv

    数据拷贝的初始位置，一般没有用

     

    示例：

    [cpp] view plaincopy
    1. // Retrieve Buffer Frequency  
    2. alBufferi(g_Buffers[0], AL_FREQUENCY, iFreq);  

    5. source属性

    每个由alGenSources创建的source都有可配置的属性，函数集alSource[f,3f, fv, i]和alGetSource[f,3f, fv, i]可以用来配置或获取以下source属性：

    属性

    数据类型

    描述

    AL_PITCH

    f, fv

    source的buffer的频率(采样率)倍增器(pitchmultiplier)，总是正数

    AL_GAIN

    f, fv

    source增益，应为正数

    AL_MAX_DISTANCE

    f, fv, i, iv

    用于反钳位距离模型(InverseClamped Distance Model)，大于次距离，source不再衰减

    AL_ROLLOFF_FACTOR

    f, fv, i, iv

    source的衰减率，默认为1.0

    AL_REFERENCE_DISTANCE

    f, fv, i, iv

    小于此距离时，source的音量减半(在衰减率和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

    外锥(outercone)外的增益

    AL_CONE_INNER_ANGLE

    f, fv, i, iv

    内锥覆盖的角度，在此之中，source不会衰减

    AL_CONE_OUTER_ANGLE

    f, fv, i, iv

    外锥覆盖的角度，在此之外，source完全衰减。内锥和外锥之间平滑衰减

    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是否是相对于listener

    AL_SOURCE_TYPE

    i, iv

    source类型，AL_UNDETERMINED,AL_STATIC, AL_STREAMING

    AL_LOOPING

    i, iv

    设置循环播放，AL_TURE,AL_FALSE

    AL_BUFFER

    i, iv

    附加的buffer的ID

    AL_SOURCE_STATE

    i, iv

    source的状态，AL_STOPPED,AL_PLAYING, ...

    AL_BUFFERS_QUEUED

    i, iv

    【只读】用alSourceQueueBuffers入队列的buffer个数，出队用alSourceUnqueueBuffers

    AL_BUFFERS_PROCESSED

    i, iv

    【只读】队列中已经被处理的buffer数

    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数

    AL_BYTE_OFFSET

    f, fv, i, iv

    播放的位置，字节数

     

    示例：

    [cpp] view plaincopy
    1. alGetError(); // clear error state  
    2. alSourcef(source[0],AL_PITCH,1.0f);  
    3. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    4.     DisplayALError("alSourcef 0 AL_PITCH :  ", error);  
    5.   
    6. alGetError(); // clear error state  
    7. alSourcef(source[0],AL_GAIN,1.0f);  
    8. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    9.     DisplayALError("alSourcef 0 AL_GAIN :  ", error);  
    10.   
    11. alGetError(); // clear error state  
    12. alSourcefv(source[0],AL_POSITION,source0Pos);  
    13. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    14.     DisplayALError("alSourcefv 0 AL_POSITION :  ", error);  
    15.   
    16. alGetError(); // clear error state  
    17. alSourcefv(source[0],AL_VELOCITY,source0Vel);  
    18. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    19.     DisplayALError("alSourcefv 0 AL_VELOCITY :  ", error);  
    20.   
    21. alGetError(); // clear error state  
    22. alSourcei(source[0],AL_LOOPING,AL_FALSE);  
    23. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    24.     DisplayALError("alSourcei 0 AL_LOOPING true:  ", error);  

    6. buffer队列(bufferqueuing)
    buffer队列用以保证声音的连续播放。使用buffer队列时，buffer和source都是普通方法创建，但是附加buffer到source时使用alSourceQueueBuffers和alSourceUnqueueBuffers来替代alSourcei。alSourceQueueBuffers可以附加一个或一组buffer到一个source上，然后调用alSourcePlay来播放。播放source时，可以调用alSourceUnqueueBuffers来移除已经播放了的buffer。这些buffer可以重填新的数据或者丢弃。新的或重填的buffer可以通过alSourceQueueBuffers附加到原来正在播放的source上。只要buffer队列中一直有新的buffer用以播放，source就不会停。

    1)用于流(streaming)的source不应该用alSourcei来附加其第一个buffer，始终用alSourceQueueeBuffers。任何source都可以用alSourcei(...,AL_BUFFER,0)来卸载其全部buffer，这些buffer可以接着用作流buffer或非流buffer，取决于附加到source的方式(alSourcei或alSourceQueueBuffers)。

    2)所有通过alSourceQueueBuffers附加到某个source的buffer，都应该有相同的声音格式。

     

    7. 多普勒偏移(DopplerShift)

    多普勒效应取决于source和listener相对于介质的速度，以及介质中声音的传播速度。应用程序可能希望强化或弱化多普勒效应，因为精确计算可能达不到期望的声音效果。频率偏移(音调改变)的量正比于listener和source接近或远离的速度。OpenAL中多普勒效应的实现是通过下述公式，忽略介质(空气、水等)移动的效应。

    SS: AL_SPEED_OF_SOUND = 声音传播速度，默认值343.3
DF: AL_DOPPLER_FACTOR = 多普勒系数，默认为1.0
vls: listener速度标量（在source-listener直线上投影值，向内为正）
vss: source速度标量（在source-listener直线上投影值，向内为正）
f: 采样频率
F : 多普勒频率偏移量
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)
多普勒计算：
vss = min( vss, SS/DF )
vls = min (vls, SS/DF )
F = f * ( SS - DF * vls ) / ( SS - DF * vss )

    有两个API用以控制声音传播速度和多普勒系数。AL_DOPPLER_FACTOR是source和listener速度的一个系数，用以放大或减小多普勒偏移量。

            void alDopplerFacor ( ALfloat dopplerFactor );

    负数会导致AL_INVALID_VALUE错误，命令失效。默认值为1。通过alGetFloat{v}和AL_DOPPLER_FACTOR可以获取当前配置。

    AL_SPEED_OF_SOUND允许应用程序改变传播速度，source、listener以及声音传播的速度三者应该使用相同的速度单位。

            void alSpeedOfSound ( Alfloat speed );

    负数会导致AL_INVALID_VALUE错误，命令失效。默认值为343.3（声音在空气中的传播速度）。通过alGetFloat{v}和AL_SPEED_OF_SOUND获取当前值。距离与速度的单位完全独立，可以使用不同的单位。如果不想有多普勒效应，可以将所有速度设置成0。

    8. 错误处理

    alGetError可在任何时刻获取OpenAL的错误状态，同时清除错误状态，所以通常在重要操作前后都调用。错误码如下：

    错误码

    描述

    AL_NO_ERROR

    没有错误

    AL_INVALID_NAME

    传入错误的名字(ID)

    AL_INVALID_ENUM

    传入无效的枚举值

    AL_INVALID_VALUE

    传入无效的值

    AL_INVALID_OPERATION

    无效的请求

    AL_OUT_OF_MEMORY

    请求操作导致OpenAL内存溢出

    示例：

    [cpp] view plaincopy
     
    1. alGetError(); // Clear Error Code  
    2.   
    3. // Generate Buffers  
    4. alGenBuffers(NUM_BUFFERS, g_Buffers);  
    5.   
    6. if ((error = alGetError()) != AL_NO_ERROR)  
    7. {  
    8.     DisplayALError("alGenBuffers :", error);  
    9.     exit(-1);  
    10. }  

    9. 扩展包(Extensions)

    OpenAL的extension机制可以让开发商增加新特性的API。创新科技(CreativeLabs)已经增加了多个extension，包括EAX,X-RAM, Multi-Channel Buffer playback，EffectExtension(EFX)。应用程序可以根据extension的种类调用alIsExtensionPresent或者alcIsExtensionPresent来判断某个extension是否有效。
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