Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
닷넷: 2241. C# - WAV 파일의 PCM 사운드 재생(Windows Multimedia) [링크 복사], [링크+제목 복사],
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정성태 (techsharer at outlook.com)
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.NET Framework: 618. C# - NAudio를 이용한 MP3 파일 재생
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11092

닷넷: 2236. C# - Audio 장치 열람 (Windows Multimedia, NAudio)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13594

닷넷: 2237. C# - Audio 장치 열기 (Windows Multimedia, NAudio)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13595

닷넷: 2238. C# - WAV 기본 파일 포맷
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13596

닷넷: 2239. C# - WAV 파일의 PCM 데이터 생성 및 출력
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13597

닷넷: 2240. C# - WAV 파일 포맷 + LIST 헤더
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13598

닷넷: 2241. C# - WAV 파일의 PCM 사운드 재생(Windows Multimedia)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13599

닷넷: 2243. C# - PCM 사운드 재생(NAudio)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13601

닷넷: 2244. C# - PCM 오디오 데이터를 연속(Streaming) 재생 (Windows Multimedia)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13602




C# - WAV 파일의 PCM 사운드 재생(Windows Multimedia)

지난 글을 통해,

C# - WAV 파일의 PCM 데이터 생성 및 출력
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13597

WAV 파일을 출력하게 되었습니다. 그럼, 당연히 이제 재생을 해봐야죠. ^^ 이를 위해 NAudio를 사용하면 간단하겠지만, 좀 더 Low Level인 Win32 Multimedia API를 이용하는 방법 먼저 다뤄보겠습니다.

일단 정리를 해보면, 소리를 재생하기 위해서는 다음의 정보가 필요합니다.

  • 바이트 배열인 PCM 데이터
  • 데이터의 형식을 알리는 Channel, Sample Rate, Bits per Sample

여기서 데이터의 형식은 "C# - Audio 장치 열기 (Windows Multimedia, NAudio)" 글에서 다룬 waveOutOpen 단계에서 이미 지정하는 것을 알아봤으므로 이제 남은 것은 PCM 데이터를 WinMM(Windows Multimedia) 측에 전달해 재생하기입니다.

해당 데이터는 직접 전달하는 것은 아니고, WAVEHDR 구조체에 실어서 보내게 되는데요,

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct WaveHeader
{
    public IntPtr dataBuffer;

    public int bufferLength;

    public int bytesRecorded;

    public IntPtr userData;

    public WaveHeaderFlags flags; // int

    public int loops;

    public IntPtr next;

    public IntPtr reserved;

    public const int Size = 48;
}

2개의 필드만 초기화해서 보내면 됩니다.

// ...[생략]

MmResult result = NativeMethods.waveOutOpen(out IntPtr hWaveOut, -1, &format, waveOutCallbackFunc,
                IntPtr.Zero, WaveInOutOpenFlags.CallbackFunction);

WaveHeader waveHeader = new WaveHeader();
waveHeader.bufferLength = wf.PCM.Length;

fixed (byte* ptr = wf.PCM)
{
    waveHeader.dataBuffer = new nint(ptr);

    result = NativeMethods.waveOutPrepareHeader(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
    if (result != MmResult.NoError)
    {
        Console.WriteLine($"Prepare failed: {result}");
        break;
    }

    // ...[생략]...
}

이렇게 waveOutPrepareHeader API로 전달한 버퍼는 안전하게 Windows Multimedia 측에서 접근할 수 있도록 해주는데요, 뭐랄까... GPU 프로그래밍할 때도 데이터를 GPU 메모리에 먼저 전달하고 처리 명령을 보내는 것처럼, Audio 데이터도 커널 측에서 안전하게 접근할 수 있도록 waveOutPrepareHeader를 호출함으로써 준비시키는 것입니다.

이후 실제로 사운드를 재생하라고 시키는 것은 waveOutWrite입니다.

result = NativeMethods.waveOutWrite(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
if (result != MmResult.NoError)
{
    Console.WriteLine($"Write failed: {result}");
    break;
}

waveOutWrite는 재생하라는 신호만 전달하는 것이므로, 음 재생이 완료될 때까지 기다리지는 않습니다. 다시 말해, 재생이 완료될 때까지는 waveHeader.dataBuffer에 전달한 메모리가 유효해야 한다는 것입니다.

또한 재생이 완료된 후, PCM 데이터를 담은 버퍼를 해제하기 전에 반드시 waveOutUnprepareHeader를 호출해야 합니다. 즉, Prepare 함수와 Unprepare 함수는 반드시 쌍을 이뤄 호출해야 합니다.

재미있는 것은, 사운드가 재생 중일 때에도 Unprepare를 호출해도 되며, 그런 경우에는 반환 값으로 여전히 play 중임을 알리는 값을 받게 됩니다. 따라서 대충 다음과 같은 식으로 PCM 데이터의 재생이 완료될 때까지 대기할 수 있습니다.

while (true)
{
    result = NativeMethods.waveOutUnprepareHeader(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
    if (result == MmResult.WaveStillPlaying)
    {
        Thread.Sleep(1000);
        continue;
    }

    break; // MmResult.NoError
}

C#은 GC 환경에서 실행되므로, waveOutUnprepareHeader가 MmResult.NoError를 반환한 후 PCM 버퍼를 해지하기보다는 fixed로 잠근 영역, 또는 pinning을 풀어주면 됩니다.




아래는 위의 모든 내용과, 지난번 글에서 작성한 WaveFile을 곁들여 만든 완전한 코드를 보여줍니다.

using AudioLibrary;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using Wave;

namespace ConsoleApp1;

internal class Program
{
    static unsafe void Main(string[] args)
    {
        uint countOfDevices = NativeMethods.waveOutGetNumDevs();
        if (countOfDevices == 0)
        {
            Console.WriteLine("There is no Audio device");
            return;
        }

        {
            string waveFilePath = @"C:\temp\test_stereo.wav";
            WaveFile? wf = WaveFile.Read(waveFilePath);

            delegate* unmanaged[Stdcall]<IntPtr, WaveMessage, IntPtr, IntPtr, IntPtr, void> waveOutCallbackFunc = &Program.waveOutCallback;

            WaveFormatEx format = WaveFormatEx.Create(wf.SampleRate, wf.BitsPerSample, wf.Channels);

            MmResult result = NativeMethods.waveOutOpen(out IntPtr hWaveOut, -1, &format, waveOutCallbackFunc,
                IntPtr.Zero, WaveInOutOpenFlags.CallbackFunction);

            if (result != MmResult.NoError)
            {
                Console.WriteLine($"Open(-1) failed: {format}, {result}");
                return;
            }

            try
            {
                do
                {
                    WaveHeader waveHeader = new WaveHeader();
                    waveHeader.bufferLength = wf.PCM.Length;

                    fixed (byte* ptr = wf.PCM)
                    {
                        waveHeader.dataBuffer = new nint(ptr);

                        result = NativeMethods.waveOutPrepareHeader(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
                        if (result != MmResult.NoError)
                        {
                            Console.WriteLine($"Prepare failed: {result}");
                            break;
                        }

                        Console.WriteLine($"waveOutPrepareHeader: {waveHeader.flags}");

                        result = NativeMethods.waveOutWrite(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
                        if (result != MmResult.NoError)
                        {
                            Console.WriteLine($"Write failed: {result}");
                            break;
                        }

                        Console.WriteLine($"waveOutWrite: {waveHeader.flags}");

                        while (true)
                        {
                            result = NativeMethods.waveOutUnprepareHeader(hWaveOut, &waveHeader, WaveHeader.Size);
                            if (result == MmResult.WaveStillPlaying)
                            {
                                Thread.Sleep(1000);
                                Console.WriteLine(".");
                                continue;
                            }

                            Console.WriteLine($"waveOutUnprepareHeader: {result}, {waveHeader.flags}");
                            break;
                        }
                    }
                } while (false);
            }
            finally
            {
                NativeMethods.waveOutClose(hWaveOut);
            }
        }
    }

    [UnmanagedCallersOnly(CallConvs = new Type[] { typeof(CallConvStdcall) })]
    static void waveOutCallback(IntPtr hWaveOut, WaveMessage uMsg, IntPtr dwInstance, IntPtr wavhdr, IntPtr dwReserved)
    {
        System.Console.WriteLine($"waveOutCallback: {uMsg}");
    }
}

실행하면 도레미... wave 파일의 경우 다음과 같은 출력을 볼 수 있습니다.

waveOutCallback: WaveOutOpen
waveOutPrepareHeader: Prepared
waveOutWrite: Prepared, InQueue
.
.
.
.
.
.
.
waveOutCallback: WaveOutDone
.
waveOutUnprepareHeader: NoError, Done
waveOutCallback: WaveOutClose

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함>합니다.)




이번 글의 실습을 NAudio에서 제공하는 WaveInterop을 사용하는 것도 가능합니다. 하지만 아쉽게도 WaveInterop은 다음과 같은 식으로 interop 처리를 하고 있는데요,

namespace NAudio.Wave
{
    public class WaveInterop
    {
        // ...[생략]...

        [DllImport("winmm.dll")]
        public static extern MmResult waveOutPrepareHeader(IntPtr hWaveOut, WaveHeader lpWaveOutHdr, int uSize);

        [DllImport("winmm.dll")]
        public static extern MmResult waveOutUnprepareHeader(IntPtr hWaveOut, WaveHeader lpWaveOutHdr, int uSize);
        
        // ...[생략]...
    }
}

포인터로 전달하지 않아 해당 함수를 수행 후 flags 값이 바뀌는 것을 받아올 수 없습니다. 물론, 그 사실을 알아내는 것이 크게 중요하지는 않지만 그래도 ^^ Win32 API 수준으로 제어하는 상황이 필요한 경우를 위해 이번 연재에서는 WaveInterop이 아닌, 그쪽 코드를 많이 참조해 ^^ 별도의 AudioLibrary 네임스페이스를 만들어 사용하게 되었습니다.




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 4/17/2024]

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