语音输入声波动画。AVAudioRecorder+三角函数，实现根据声音分贝控制振幅声波动画

前言：很久没写东西了，最近项目需要用到语音识别，需要做一个输入语音，根据声音的分贝大小，控制波纹振幅的动画，看了别人的轮子，感觉效果不错。最近比较咸鱼就自己摸索着大概模仿实现了一下。代码并不复杂请耐心观看。

效果图：

效果.GIF

实现思路：

• 1、首先获取输入声音的分贝大小变化值。
• 2、绘制一条波纹曲线(曲线需具备两个性质，①能通过一个值控制曲线绘制的弧度，②实时平移实现流动效果)。
• 3、波纹曲线根据声音分贝大小控制振幅。

现在按照思路来一步一步实现。

1、声音输入并获取分贝大小。

简单音频处理首先想到的就是使用AVFoundation，使用起来比较简单，我们需要的效果能实现，像AudioToolbox 的AudioQueue虽然强大但是学习成本太高。

使用AVFoundation的AVAudioRecorder来实现录音及获取分贝大小。

1）、设置录音参数。

- (NSDictionary *)audioParamSetting {
    NSMutableDictionary *recordSetting = [[NSMutableDictionary alloc]init];
    //设置录音格式
    [recordSetting setValue:[NSNumber numberWithInt:kAudioFormatLinearPCM ] forKey:AVFormatIDKey];
    //设置录音采样率(Hz) 如：AVSampleRateKey==8000/44100/96000（影响音频的质量）
    [recordSetting setValue:[NSNumber numberWithFloat:8000] forKey:AVSampleRateKey];
    //录音通道数  1 或 2
    [recordSetting setValue:[NSNumber numberWithInt:1] forKey:AVNumberOfChannelsKey];
    //线性采样位数  8、16、24、32
    [recordSetting setValue:[NSNumber numberWithInt:16] forKey:AVLinearPCMBitDepthKey];
    //录音的质量
    [recordSetting setValue:[NSNumber numberWithInt:AVAudioQualityHigh] forKey:AVEncoderAudioQualityKey];
    
    return recordSetting;
}

2）、设置录音保存路径，并初始化AVAudioRecorder，进入录音准备状态。

- (void)_initVoice {
    // 初始化录音参数
    NSDictionary *recordSetting = [self audioParamSetting];
    
    NSString *strUrl = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) lastObject];
    NSURL *url = [NSURL fileURLWithPath:[NSString stringWithFormat:@"%@/Video.pcm", strUrl]];
    
    NSError *error;
    //初始化
    audioRecorder = [[AVAudioRecorder alloc]initWithURL:url settings:recordSetting error:&error];
    
    //开启音量检测
    audioRecorder.meteringEnabled = YES;

    audioRecorder.delegate = self;
    
    // 设备开启录音模式
    AVAudioSession *audioSession = [AVAudioSession sharedInstance];
    [audioSession setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayAndRecord error:nil];
    [audioSession setActive:YES error:nil];
    
    //创建录音文件，准备录音
    BOOL prepareSuccess = [audioRecorder prepareToRecord];
    NSLog(@"准备录音: %d", prepareSuccess);
}

现在只需要在点击开始时调用[audioRecorder record];方法就行了，相对停止调用[audioRecorder stop];

3）、获取声音分贝大小。

- (void)detectionVoice {
    [audioRecorder updateMeters];//刷新音量数据
    
    //获取音量的平均值  [recorder averagePowerForChannel:0];
    //音量的最大值  [recorder peakPowerForChannel:0];
    double lowPassResults = pow(10, (0.1 * [audioRecorder peakPowerForChannel:0]));
    NSLog(@"%f", lowPassResults);
}

通过AVAudioRecorder的peakPowerForChannel方法可以获取声音分贝峰值大小，但是获取值的范围是 -160~0 。声音峰值越大，越接近0。需要直接使用需要像上面做一下处理。

到此声音输入并获取声音分贝大小实现了。

---

接下来是实现 绘制一条波纹曲线(曲线需具备两个性质，①能通过一个值控制曲线绘制的弧度，②实时平移实现流动效果)。

首选熟悉的三角函数，y = Asin（ωx+φ）+ C
简单解释一下：
三角函数公式：y = Asin（ωx+φ）+ C
A：振幅，波纹在Y轴的高度，成正比，越大Y轴峰值越大。
ω：和周期有关，越大周期越短。
φ：横向偏移量，控制波纹的移动。
C：整个波纹的Y轴偏移量。

通过以上可以基本了解我们需要定义和控制的参数了。首先是波纹绘制显示的一个CAShapeLayer，再是一个控制振幅的参数CGFloat kRippleYMax，再是一个控制控制平移的偏移量CGFloat rippleOffset，最后是一个实时刷新的定时器CADisplayLink（控制波纹实时刷新，动起来）。

---

CADisplayLink简单说明

可能有些人对CADisplayLink比较陌生，下面简单说明一下CADisplayLink，还有和常用定时器NSTimer的区别。了解的可忽略以下说明。
CADisplayLink也是定时器的一种。是一个能让屏幕刷新率相同的频率，将内容画到屏幕上的定时器，设备屏幕刷新周期是1秒60次。
基本使用：

// 创建
CADisplayLink * displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(changeRipple)];
[displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
// 开始
self.displayLink.paused = NO;
// 停止
self.displayLink.paused = YES;
// 销毁
[self.displayLink invalidate];

和NSTimer区别：

• 1、原理不同。
  每当屏幕显示内容刷新结束的时候，runloop就会向 CADisplayLink指定的target发送一次指定的selector消息，selector方法就会被调用一次。
  NSTimer当设定的周期时间到达后，runloop会向指定的target发送一次指定的selector消息。
• 2、周期设置不同。
  CADisplayLink在不设置frameInterval时默认是1秒调用60次。
  NSTimer通过TimeInterval直接指定周期。
• 3、精确度不同。
  CADisplayLink的精度更高，因为是通过屏幕刷新频率控制周期的，所有精度高。
  NSTimer精度低，当前runloop阻塞时，会推迟到下一个runloop周期执行。所以NSTimer有tolerance设置定时器的延迟范围。
• 4、应用场景不同。
  CADisplayLink一般适合配合UI刷新重绘使用。
  NSTimer使用灵活，适合自定义循环任务。

---

理解CADisplayLink定时器后，下面开始绘制波纹曲线了。
首先设置懒加载波纹和定时器

#pragma mark 波纹
- (CAShapeLayer *)rippleLayer{
    if (_rippleLayer == nil) {
        CAShapeLayer * shapeLayer = [CAShapeLayer layer];
        shapeLayer.fillColor = [UIColor colorWithRed:145/255.0f green:186/255.0f blue:248/255.0f alpha:1].CGColor;
        shapeLayer.lineWidth = 2.0f;
        shapeLayer.strokeColor = [UIColor whiteColor].CGColor;
        [self.layer addSublayer:shapeLayer];
        _rippleLayer = shapeLayer;
    }
    return _rippleLayer;
}
#pragma mark 定时器
- (CADisplayLink *)displayLink{
    if (_displayLink == nil) {
        CADisplayLink * displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(changeRipple)];
        [displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
        _displayLink = displayLink;
    }
    return _displayLink;
}

然后再自定义的波纹view的drawRect方法中开始绘制波纹曲线。曲线使用三角函数sin绘制路径。其中kRippleYMax可控制曲线的振幅，rippleOffset可控制曲线的偏移量。

- (void)drawRippleLayer{
    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
    CGPathMoveToPoint(path, NULL, 0, rippleYOffset);
    for (int i = 0; i <= KRippleWidth ; i++) {
        CGFloat y = _kRippleYMax * sin(rippleCycle*i+self.rippleOffset) + rippleYOffset;
        CGPathAddLineToPoint(path, NULL, i, y);
    }
    self.rippleLayer.path = path;
    CGPathRelease(path);
}

然后再在定时器触发的方法中实时控制曲线平移。

#pragma mark 定时器刷新页面
- (void)changeRipple{
    self.rippleOffset += rippleSpeed;
    [self setNeedsDisplay];
}

现在获取声音的分贝峰值和波纹曲线都已经具备了，只需要定时获取声音分贝峰值大小，再根据峰值控制曲线就ok了。

以上只贴出主要功能实现代码，具体实现请参考Demo。