音频(三) - 录制播放PCM音频流和WMV音频文件
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GitHub地址：https://github.com/KevinDGK/MyAudioDemo
- 一录制和播放PCM音频流
- 录制
- 播放
- 测试
- 二录制和播放WAV音频文件
- WAV简介
- 录制
- 播放
- 测试
- 三运行
- 四小结
-
- 引用
- 联系方式
-
一、录制和播放PCM音频流
1.录制
- 抽取音频配置文件
/**
* Created by Kevin on 2016/10/24.
* 音频配置文件
*/
public class AudioConfig {
public static final int sampleRateInHz = 44100; // 采样频率
public static final int channelConfigIn = AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO; // 双声道输入(立体声)
public static final int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT; // 16bit
public static final int audioSource = MediaRecorder.AudioSource.MIC; // mic
public static final int streamType = AudioManager.STREAM_MUSIC; // 音频类型
public static final int channelConfigOut = AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO; // 双声道输出
public static final int mode = AudioTrack.MODE_STREAM; // 输出模式
public static final String DEFAULT_WAV_PATH = Environment.getExternalStorageDirectory() + "/test.wav"; // WAV音频文件保存路径
}- 配置AudioRecord
private int DEFAULT_SAMPLERATEINHZ = AudioConfig.sampleRateInHz; // 采样频率
private int DEFAULT_CHANNELCONFIG_IN = AudioConfig.channelConfigIn; // 声道配置
private int DEFAULT_AUDIOFORMAT = AudioConfig.audioFormat; // 音频格式
private int DEFAULT_AUDIOSOURCE = AudioConfig.audioSource; // 音频来源注意：
① 采样频率为44.1KHz，位宽为16bit，录制出来的PCM音频一般称为无损音频，也是传统的CD格式；
② 声道配置为立体声(双声道)，音频来源为麦克风；
③ 输出模式为音频流模式，表示不是直接播放音频文件，而是播放音频数据流；
如果对于各个参数 不是很理解或者音频相关的基础较弱，可以先看前一篇的音频基础。
- 音频录制的流程
1. 获取最小的缓冲区大小
2. 创建AudioRecord实例
3. 创建录音线程
4. 开始录音
5. 读取语音信息
6. 停止录音- 代码
private static final String tag = "【AudioRecorder】";
private int DEFAULT_SAMPLERATEINHZ = AudioConfig.sampleRateInHz; // 采样频率
private int DEFAULT_CHANNELCONFIG_IN = AudioConfig.channelConfigIn; // 声道配置
private int DEFAULT_AUDIOFORMAT = AudioConfig.audioFormat; // 音频格式
private int DEFAULT_AUDIOSOURCE = AudioConfig.audioSource; // 音频来源
private RecorderThread recorderThread; // 录音线程
private AudioRecord recorder; // 录音对象
private boolean isRunning; // 录音线程是否运行
private boolean isWorking; // 录音线程是否工作(录音)
private onRecorderListener recorderListener;
private int recordBufferSize;
public AudioRecorder(onRecorderListener recorderListener) {
this.recorderListener = recorderListener;
init();
}
/** 初始化 */
private void init() {
LogUtil.i(tag, "开始创建录音对象...");
//1. 获取最小的缓冲区大小
recordBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(DEFAULT_SAMPLERATEINHZ,
DEFAULT_CHANNELCONFIG_IN, DEFAULT_AUDIOFORMAT);
switch (recordBufferSize) {
case AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE:
LogUtil.i(tag, "无效的音频参数");
break;
case AudioRecord.ERROR:
LogUtil.i(tag, "不能够查询音频输入的性能");
break;
default:
LogUtil.i(tag, "AudioRecord的音频缓冲区的最小尺寸(与本机硬件有关)：" + recordBufferSize);
break;
}
//2. 创建AudioRecord实例
recorder = new AudioRecord(DEFAULT_AUDIOSOURCE, DEFAULT_SAMPLERATEINHZ,
DEFAULT_CHANNELCONFIG_IN, DEFAULT_AUDIOFORMAT, recordBufferSize * 4);
switch (recorder.getState()) {
case AudioRecord.STATE_INITIALIZED:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化成功!");
break;
case AudioRecord.STATE_UNINITIALIZED:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化失败!");
break;
}
//3. 创建录音线程
isRunning = true;
isWorking = false;
recorderThread = new RecorderThread();
}
/** 开始录音 */
public void start() {
if (isWorking) {
CommUtil.Toast("正在录音中!");
return;
}
try {
//4. 开始录音
recorderThread.start();
recorder.startRecording();
isWorking = true;
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
/** 停止录音 */
public void stop() {
if (!isWorking) {
CommUtil.Toast("已经停止录音!");
}
//6. 停止录音
try {
recorder.stop();
recorder.release();
recorder = null;
isWorking = false;
recorderThread.interrupt();
recorderThread.join(1000); // 先停止录音线程，然后延时1s再停止播放器，防止程序崩溃
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/** 录音线程 */
private class RecorderThread extends Thread {
private byte[] recordData = new byte[recordBufferSize]; // 读取音频数据存放的数组
@Override
public void run() {
super.run();
while (isRunning) {
if (isWorking) {
//5. 读取语音信息
int readNumber = recorder.read(recordData, 0, recordData.length);
switch (readNumber) {
case AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION:
LogUtil.i(tag, "读取语音信息...发现实例初始化失败！");
break;
case AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE:
LogUtil.i(tag, "读取语音信息...发现参数无效！");
break;
default:
LogUtil.i(tag, "读取到的语音数据的长度：" + readNumber + " Shorts");
recorderListener.handleRecordData(recordData, 0, readNumber);
break;
}
}
}
}
}
/** 获取录音数据接口 */
public interface onRecorderListener {
void handleRecordData(byte[] recordData, int offset, int size);
}- 注意事项
① 我们可以通过AudioRecord.getMinBufferSize()方法来获取最小的缓冲区大小recordBufferSize，和采样率、声道配置、音频格式和手机硬件有关，我们创建AudioRecord实例的时候需要传入缓冲区大小来创建一个音频缓冲区，用来存放MIC录制的音频数据，这个大小一般为recordBufferSize的倍数，比如2~4倍。如果这个缓冲区过小，当MIC写入速度大于读取速度的时候就会抛出异常。
② 通过AudioRecord获取的是原生的PCM音频数据，我们可以直接对原始数据操作，比如将其编码压缩，保存成其他的音频格式，也可以直接网络传输该数据流。但是，需要注意的就是，在这种情况下，码率 = 44.1K * 16 *2 =1411.2Kbps = 176.4KBps，也就是说，每秒占用的带宽就会达到176.4KB，相当的耗费流量。如果要用于局域网语音通信或者互联网语音电话，我们还需要进行修改配置和进行编解码，详见下一篇局域网语音通信和音频压缩。
③ 设置录音数据接口，用来实时从缓冲区读取音频数据。
2.播放
- 配置AudioTrack
private int DEFAULT_SAMPLERATEINHZ = AudioConfig.sampleRateInHz; // 采样频率
private int DEFAULT_AUDIOFORMAT = AudioConfig.audioFormat; // 数据格式
private int DEFAULT_STREAMTYPE = AudioConfig.streamType; // 音频类型
private int DEFAULT_CHANNELCONFIG_OUT = AudioConfig.channelConfigOut; // 声道配置
private int DEFAULT_MODE = AudioConfig.mode; // 输出模式- 音频播放的流程
1. 获取最小缓冲区大小
2. 创建AudioTrack实例
3. 设置开始工作
4. 写入数据
5. 播放音频数据
6. 停止播放- 代码
private int DEFAULT_SAMPLERATEINHZ = AudioConfig.sampleRateInHz; // 采样频率
private int DEFAULT_AUDIOFORMAT = AudioConfig.audioFormat; // 数据格式
private int DEFAULT_STREAMTYPE = AudioConfig.streamType; // 音频类型
private int DEFAULT_CHANNELCONFIG_OUT = AudioConfig.channelConfigOut; // 声道配置
private int DEFAULT_MODE = AudioConfig.mode; // 输出模式
private AudioTrack player; // 播放器实例
private boolean isWorking; // 是否正在工作
private int playerBufferSize; // 缓冲区大小
public AudioPlayer() {
init();
}
/** 初始化 */
private void init() {
//1. 获取最小缓冲区大小
playerBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(DEFAULT_SAMPLERATEINHZ,
DEFAULT_CHANNELCONFIG_OUT, DEFAULT_AUDIOFORMAT);
switch (playerBufferSize) {
case AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE:
LogUtil.i(tag, "无效的音频参数");
break;
case AudioTrack.ERROR:
LogUtil.i(tag, "不能够查询音频输出的性能");
break;
default:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack的音频缓冲区的最小尺寸(与本机硬件有关)：" + playerBufferSize);
break;
}
//2. 创建AudioTrack实例
player = new AudioTrack(DEFAULT_STREAMTYPE, DEFAULT_SAMPLERATEINHZ, DEFAULT_CHANNELCONFIG_OUT,
DEFAULT_AUDIOFORMAT, playerBufferSize * 4, DEFAULT_MODE);
switch (player.getState()) {
case AudioTrack.STATE_INITIALIZED:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化成功!");
break;
case AudioTrack.STATE_UNINITIALIZED:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化失败!");
break;
case AudioTrack.STATE_NO_STATIC_DATA:
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化成功，目前没有静态数据输入!");
break;
}
LogUtil.i(tag, "当前AudioTrack实例的播放状态：" + player.getPlayState());
//3. 设置开始工作
isWorking = true;
}
/** 播放语音数据 */
public void play(byte[] audioData,int offset, int size) {
if (!isWorking) {
CommUtil.Toast("AudioTrack is not working!");
}
try {
//4. 写入数据
int write = player.write(audioData, offset, size);
if (write < 0) {
LogUtil.i(tag, "write失败");
switch (write) {
case AudioTrack.ERROR_INVALID_OPERATION: // -3
LogUtil.i(tag, "AudioTrack实例初始化失败!");
break;
case AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE: // -2
LogUtil.i(tag, "无效的音频参数");
break;
case AudioTrack.ERROR: // -1
LogUtil.i(tag, "通用操作失败");
break;
}
} else {
LogUtil.i(tag, "成功写入数据：" + size + " Shorts");
}
//5. 播放音频数据
player.play();
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
/** 停止播放语音数据 */
public void stop() {
if (!isWorking) {
CommUtil.Toast("已经停止播放!");
return;
}
//6. 停止播放
try {
player.stop();
player.release();
player = null;
isWorking = false;
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public int getMinBufferSize() {
return playerBufferSize;
}- 注意事项
① 缓冲区大小也是为获取的最小尺寸的2~4倍；
② 录音线程必须在子线程，语音播放的线程可以在子线程也可以在主线程。在这里，为了比较直观，就直接放在了主线程，但是实际开发中，往往需要放到子线程中。
3.测试
public class PCMTester implements BaseTester, AudioRecorder.onRecorderListener {
private static final String tag = "【PCMTester】";
private AudioRecorder recorder;
private AudioPlayer player;
@Override
public void start() {
player = new AudioPlayer(); // 创建播放器对象
recorder = new AudioRecorder(this); // 创建录音对象
recorder.start(); // 开始录音
}
@Override
public void stop() {
recorder.stop(); // 停止录音
player.stop(); // 停止播放
}
@Override
public void handleRecordData(byte[] recordData, int offset, int size) {
// 将录音捕捉的音频数据写入到播放器中播放
if (player != null) {
player.play(recordData, offset, size);
}
}
}二、录制和播放WAV音频文件
WAV简介
WAV为微软公司（Microsoft)开发的一种声音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM，CCITT A LAW等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！
- 文件扩展名：”.wav”
- 文件格式：文件头+音频数据流
- 数据流格式：PCM或压缩型
详细的信息和文件头参数可以参考百度百科，或者自行搜索。
1.录制
- 流程
1.创建并打开WAV格式的音频文件
2.写入WAV音频文件头信息
3.开始录制，同时将音频数据写入文件
4.停止录制，然后关闭文件其中，WAV格式的数据流可以为PCM音频流，所以我们直接用上面的录制和播放PCM音频的代码，我们主要的工作就是根据格式添加头信息，小编懒得写，直接从大神的代码里Copy了一份，底部有相关博客链接。
- WavFileWriter文件写入类代码如下
public class WavFileWriter {
private String mFilepath; // 文件保存路径
private int mDataSize = 0; // 数据大小
private DataOutputStream mDataOutputStream; // 包装数据流
/**
* 创建并打开WAV格式的音频文件，并写入头信息
* @param filepath 文件路径
* @param sampleRateInHz 采样频率
* @param bitsPerSample 每个采样点的bit位数
* @param channels 声道的数量
* @return
* @throws IOException
*/
public boolean openFile(String filepath, int sampleRateInHz, int bitsPerSample, int channels) throws IOException {
if (mDataOutputStream != null) {
closeFile();
}
mFilepath = filepath;
mDataSize = 0;
mDataOutputStream = new DataOutputStream(new FileOutputStream(filepath));
return writeHeader(sampleRateInHz, bitsPerSample, channels);
}
/** 关闭文件 */
public boolean closeFile() throws IOException {
boolean ret = true;
if (mDataOutputStream != null) {
ret = writeDataSize();
mDataOutputStream.close();
mDataOutputStream = null;
}
return ret;
}
/** 写入音频信息 */
public boolean writeData(byte[] buffer, int offset, int count) {
if (mDataOutputStream == null) {
return false;
}
try {
mDataOutputStream.write(buffer, offset, count);
mDataSize += count;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return false;
}
return true;
}
/** 写入头信息 */
private boolean writeHeader(int sampleRateInHz, int bitsPerSample, int channels) {
if (mDataOutputStream == null) {
return false;
}
WavFileHeader header = new WavFileHeader(sampleRateInHz, bitsPerSample, channels);
try {
mDataOutputStream.writeBytes(header.mChunkID);
mDataOutputStream.write(intToByteArray(header.mChunkSize), 0, 4);
mDataOutputStream.writeBytes(header.mFormat);
mDataOutputStream.writeBytes(header.mSubChunk1ID);
mDataOutputStream.write(intToByteArray(header.mSubChunk1Size), 0, 4);
mDataOutputStream.write(shortToByteArray(header.mAudioFormat), 0, 2);
mDataOutputStream.write(shortToByteArray(header.mNumChannel), 0, 2);
mDataOutputStream.write(intToByteArray(header.mSampleRate), 0, 4);
mDataOutputStream.write(intToByteArray(header.mByteRate), 0, 4);
mDataOutputStream.write(shortToByteArray(header.mBlockAlign), 0, 2);
mDataOutputStream.write(shortToByteArray(header.mBitsPerSample), 0, 2);
mDataOutputStream.writeBytes(header.mSubChunk2ID);
mDataOutputStream.write(intToByteArray(header.mSubChunk2Size), 0, 4);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return false;
}
return true;
}
/** 写入数据大小 */
private boolean writeDataSize() {
if (mDataOutputStream == null) {
return false;
}
try {
RandomAccessFile wavFile = new RandomAccessFile(mFilepath, "rw");
wavFile.seek(WavFileHeader.WAV_CHUNKSIZE_OFFSET);
wavFile.write(intToByteArray(mDataSize + WavFileHeader.WAV_CHUNKSIZE_EXCLUDE_DATA), 0, 4);
wavFile.seek(WavFileHeader.WAV_SUB_CHUNKSIZE2_OFFSET);
wavFile.write(intToByteArray(mDataSize), 0, 4);
wavFile.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
return false;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return false;
}
return true;
}
/** int转byte */
private static byte[] intToByteArray(int data) {
return ByteBuffer.allocate(4).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putInt(data).array();
}
/** short转byte */
private static byte[] shortToByteArray(short data) {
return ByteBuffer.allocate(2).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putShort(data).array();
}
}文件头信息详见代码，链接在顶部。
2.播放
使用AudioTrack回放音频数据的代码同上，我们主要做的就是读取头信息，具体的详见代码。
3.测试
public class PCMTester implements BaseTester, AudioRecorder.onRecorderListener {
private static final String tag = "【PCMTester】";
private AudioRecorder recorder;
private AudioPlayer player;
@Override
public void start() {
player = new AudioPlayer(); // 创建播放器对象
recorder = new AudioRecorder(this); // 创建录音对象
recorder.start(); // 开始录音
}
@Override
public void stop() {
recorder.stop(); // 停止录音
player.stop(); // 停止播放
}
@Override
public void handleRecordData(byte[] recordData, int offset, int size) {
// 将录音捕捉的音频数据写入到播放器中播放
if (player != null) {
player.play(recordData, offset, size);
}
}
}三、运行
四、小结
在实际开发中，除视音频应用外，我们使用到音频的播放和录制的场景并不太多，尤其是大部分我们都会直接使用MediaRecorder\MediaPlayer\SoundPool等进行音频的录制和播放，因为大多不需要直接接触到原始的音频数据流，直接录制和播放音频文件，比较方便。但是如果想要实现定制，比如音频的编码和压缩，就需要使用AudioRecord和AudioTrack进行编码，比较更加接近于底层。具体使用哪种方式，视需求而定。
本文介绍的方法都是比较原生的使用，如果想要实现实时传输音频数据流，可以参考下一篇博客，在局域网中实现了语音数据的传输以及音频编码相关的知识。
引用
1.如何存储和解析wav文件 - 卢俊
2.AudioTrack分析
联系方式
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