python音频可视化

苍天好轮回，代码饶过谁，一坑未平，又入一坑，坑坑相套，永无天日，这篇不是小白文，要求了解傅里叶变换的基本概念，直接上代码，注释尽量写详细。

ennnnnn，我还是先介绍几个模块吧，可能我未来相当长一段时间不会再碰python了，怕自己忘记了

wave模块

wave 模块提供了一个处理 WAV 声音格式的便利接口。它不支持压缩/解压，但是支持单声道/立体声。

• wave.open(file, mode=None)
  如果 file 是一个字符串，打开对应文件名的文件。否则就把它作为文件类对象来处理。mode 可以为以下值：

  ‘rb’
  只读模式。

  ‘wb’
  只写模式。

  注意不支持同时读写WAV文件。

  mode 设为 ‘rb’ 时返回一个 Wave_read 对象，而 mode 设为 ‘wb’ 时返回一个 Wave_write 对象。如果省略 mode 并指定 file 来传入一个文件类对象，则 file.mode 会被用作 mode 的默认值。

  如果操作的是文件对象，当使用 wave 对象的 close() 方法时，并不会真正关闭文件对象，这需要调用者负责来关闭文件对象。

  The open() function may be used in a with statement. When the with block completes, the Wave_read.close() or Wave_write.close() method is called.

  在 3.4 版更改: 添加了对不可搜索文件的支持。

  wave.openfp(file, mode)
  同 open()，用于向后兼容。

  Deprecated since version 3.7, will be removed in version 3.9.

  exception wave.Error
  当不符合WAV格式或无法操作时引发的错误。

Wave_read对象

由 open() 返回的 Wave_read 对象，有以下几种方法:

• Wave_read.close()
  关闭 wave 打开的数据流并使对象不可用。当对象销毁时会自动调用。

• Wave_read.getnchannels()
  返回声道数量（1 为单声道，2 为立体声）

• Wave_read.getsampwidth()
  返回采样字节长度。

• Wave_read.getframerate()
  返回采样频率。

• Wave_read.getnframes()
  返回音频总帧数。

• Wave_read.getcomptype()
  返回压缩类型（只支持 ‘NONE’ 类型）

• Wave_read.getcompname()
  getcomptype() 的通俗版本。使用 ‘not compressed’ 代替 ‘NONE’。

• Wave_read.getparams()
  返回一个 namedtuple() (nchannels, sampwidth, framerate, nframes, comptype, compname)，与 get*() 方法的输出相同。

• Wave_read.readframes(n)
  读取并返回以 bytes 对象表示的最多 n 帧音频。

• Wave_read.rewind()
  设置当前文件指针位置。

后面两个方法是为了和 aifc 保持兼容，实际不做任何事情。

• Wave_read.getmarkers()
  返回 None。

• Wave_read.getmark(id)
  引发错误异常。

以下两个方法都使用指针，具体实现由其底层决定。

• Wave_read.setpos(pos)
  设置文件指针到指定位置。

• Wave_read.tell()
  返回当前文件指针位置。

Wave_write 对象

由 open() 返回的 Wave_write 对象，有以下几种方法:

• Wave_write.close()
  确保nframes正确，并在波形打开时关闭文件。在对象集合时调用此方法。如果输出流不可搜索且nframe与实际写入的帧数不匹配，则会引发异常。

• Wave_write.setnchannels(n)
  设置声道数。

• Wave_write.setsampwidth(n)
  设置采样字节长度为 n。

• Wave_write.setframerate(n)
  设置采样频率为 n。

在 3.2 版更改: A non-integral input to this method is rounded to the nearest integer.

• Wave_write.setnframes(n)
  将帧数设置为n。如果实际写入的帧数不同，则将在以后更改（如果输出流不可搜索，则此更新尝试将引发错误）。

• Wave_write.setcomptype(type, name)
  设置压缩格式。目前只支持 NONE 即无压缩格式。

• Wave_write.setparams(tuple)
  tuple 应该是 (nchannels, sampwidth, framerate, nframes, comptype, compname)，每项的值应可用于 set*() 方法。设置所有形参。

• Wave_write.tell()
  返回当前文件指针，其指针含义和 Wave_read.tell() 以及 Wave_read.setpos() 是一致的。

• Wave_write.writeframesraw(data)
  写入音频数据但不更新 nframes。

在 3.4 版更改: Any bytes-like object is now accepted.

• Wave_write.writeframes(data)
  写入音频帧并确保nframe正确。如果输出流不可搜索，则会引发错误，并且在写入数据之后写入的帧总数与先前设置的nframes值不匹配。

在 3.4 版更改: Any bytes-like object is now accepted.

注意在调用 writeframes() 或 writeframesraw() 之后再设置任何格式参数是无效的，而且任何这样的尝试将引发 wave.Error。

然后是pyArduio模块

就不介绍了，代码写详细点

# coding=gbk
import warnings
warnings.simplefilter("ignore", DeprecationWarning)#防止报警告
import pyaudio
import wave

import numpy as np
import pygame
from pygame.locals import *


CHUNK = 1024#我把它理解为缓冲流


wf = wave.open("1qom8-vi8uq.wav", 'rb')#以只读的方式打开"1qom8-vi8uq.wav"文件

#创建播放器
p = pyaudio.PyAudio()
#打开数据流  output=True表示音频输出
stream = p.open(format=p.get_format_from_width(wf.getsampwidth()),
                channels=wf.getnchannels(),#设置声道数
                rate=wf.getframerate(),#设置流的频率
                output=True)


data = wf.readframes(CHUNK)#音频数据初始化
pygame.init()#pygame初始化

pygame.display.set_caption('实时频域')#设置窗口标题
screen = pygame.display.set_mode((850, 400), 0, 32)#窗口大小为(850,400)
while data != '':#直到音频放完

    stream.write(data)#播放缓冲流的音频
    data = wf.readframes(CHUNK)#更新data
    numpydata = np.fromstring(data, dtype=np.int16)#把data由字符串以十六进制的方式转变为数组
    transforamed=np.real(np.fft.fft(numpydata))#傅里叶变换获取实数部分

    screen.fill((0, 0, 0))#清空屏幕
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()       #这段代码防止无响应
    count=50#设置间隔区
    for n in range(0,transforamed.size,count):#从频域中的2048个数据中没隔count个数据中选取一条
        hight=abs(int(transforamed[n]/10000))#对这么多数据取整和绝对值

        pygame.draw.rect(screen,(255,255,255),Rect((20*n/count,400),(20,-hight)))#画矩形

    pygame.display.update()#更新屏幕

stream.stop_stream()
stream.close()
#关闭流
p.terminate()

效果图

事实上，你还可以做的更炫酷，比如，更具振幅的高低来改变颜色，窗口透明之类的(不过pygame是sdl,不支持透明，但是你可以用pyQt)