C#中使用DirectSound录音

 

一．声卡录音的基本原理
为了实现一个录音的基本过程，至少需要以下对象的支持：
1．   录音设备，对我们的PC设备就是声卡。这个录音设备可以进行的操作应该有开始和关闭。
2．   缓冲区，也就是录制的声音放在哪里的问题。

二．DirectSound对录音的描述模型 (我装的是directx_dec2005_redist.exe)
1．   DirectSound对录音的支持类
ØCapture，设备对象，可以看作是声卡的描述。
ØCaptureBuffer，缓冲区对象，存放录入的音频数据。
ØNotify，事件通知对象，由于录音是一个长时间的过程，因此使用一个缓冲队列（多个缓冲区）接收数据，每当一个缓冲区满的时候，系统使用这个对象通知应用程序取走这个缓冲区，并继续录音。
以上三个对象是进行录音操作的主要对象，由于在C++中对DirectSound的操作DirectX帮助文档中已经有很详细的说明，这里就不再赘述了。本文是针对Managed Code。除了以上三个主要的DirectSound类，还需要以下几个辅助类。
ØWaveFormat，描述了进行录制的声音波形的格式，例如采样率，单声道还是立体声，每个采样点的长度等等。
ØThread，线程类，由于录音的过程是需要不断处理缓冲区满的事件，因此新建一个线程对此进行单独处理。
ØAutoResetEvent，通知的事件，当缓冲区满的时候，使用该事件作为通知事件。
三．代码解析（SoundRecord类）

Code
  1using System;
  2using System.Collections.Generic;
  3using System.Text;
  4
  5using System.Windows.Forms;
  6using System.IO;
  7using System.Threading;
  8using Microsoft.DirectX;
  9using Microsoft.DirectX.DirectSound;
 10
 11
 12namespace DirectSoundTest
 13{
 14    class SoundRecord
 15    {
 16        public const int cNotifyNum = 16;       // 缓冲队列的数目
 17        private int mNextCaptureOffset = 0;      // 该次录音缓冲区的起始点
 18        private int mSampleCount = 0;            // 录制的样本数目
 19        private int mNotifySize = 0;             // 每次通知大小
 20        private int mBufferSize = 0;             // 缓冲队列大小
 21        private string mFileName = string.Empty;     // 文件名
 22        private FileStream mWaveFile = null;         // 文件流
 23        private BinaryWriter mWriter = null;         // 写文件
 24        private Capture mCapDev = null;              // 音频捕捉设备
 25        private CaptureBuffer mRecBuffer = null;     // 缓冲区对象
 26        private Notify mNotify = null;               // 消息通知对象
 27        private WaveFormat mWavFormat;                       // 录音的格式
 28        private Thread mNotifyThread = null;                 // 处理缓冲区消息的线程
 29        private AutoResetEvent mNotificationEvent = null;    // 通知事件
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 31
 32
 33        /**//// <summary>
 34        /// 构造函数,设定录音设备,设定录音格式.
 35        /// </summary>
 36        public SoundRecord()
 37        {
 38            // 初始化音频捕捉设备
 39            InitCaptureDevice();
 40            // 设定录音格式
 41            mWavFormat = CreateWaveFormat();
 42        }
 43
 44        /**//// <summary>
 45        /// 设定录音结束后保存的文件,包括路径
 46        /// </summary>
 47        /// <param name="filename">保存wav文件的路径名</param>
 48        public void SetFileName(string filename)
 49        {
 50            mFileName = filename;
 51        }
 52
 53        /**//// <summary>
 54        /// 开始录音
 55        /// </summary>
 56        public void RecStart()
 57        {
 58            // 创建录音文件
 59            CreateSoundFile();
 60
 61            // 创建一个录音缓冲区，并开始录音
 62            CreateCaptureBuffer();
 63
 64            // 建立通知消息,当缓冲区满的时候处理方法
 65            InitNotifications();
 66            mRecBuffer.Start(true);
 67        }
 68
 69        /**//// <summary>
 70        /// 停止录音
 71        /// </summary>
 72        public void RecStop()
 73        {
 74            // 关闭通知消息
 75            if (null != mNotificationEvent)
 76                mNotificationEvent.Set();
 77
 78            // 停止录音
 79            mRecBuffer.Stop();
 80            // 写入缓冲区最后的数据
 81            RecordCapturedData();
 82
 83            // 回写长度信息
 84            mWriter.Seek(4, SeekOrigin.Begin);
 85            mWriter.Write((int)(mSampleCount + 36));   // 写文件长度
 86            mWriter.Seek(40, SeekOrigin.Begin);
 87            mWriter.Write(mSampleCount);                // 写数据长度
 88            mWriter.Close();
 89            mWaveFile.Close();
 90            mWriter = null;
 91            mWaveFile = null;
 92        }
 93
 94        //4．内部调用函数
 95
 96        /**//// <summary>
 97        /// 初始化录音设备,此处使用主录音设备.
 98        /// </summary>
 99        /// <returns>调用成功返回true,否则返回false</returns>
100        private bool InitCaptureDevice()
101        {
102            // 获取默认音频捕捉设备
103            CaptureDevicesCollection devices = new CaptureDevicesCollection();  // 枚举音频捕捉设备
104
105            Guid deviceGuid = Guid.Empty;                                       // 音频捕捉设备的ID
106            if (devices.Count > 0)
107                deviceGuid = devices[0].DriverGuid;
108            else
109            {
110                MessageBox.Show("系统中没有音频捕捉设备");
111                return false;
112            }
113
114            // 用指定的捕捉设备创建Capture对象
115            try
116            {
117                mCapDev = new Capture(deviceGuid);
118            }
119            catch (DirectXException e)
120            {
121                MessageBox.Show(e.ToString());
122                return false;
123            }
124            return true;
125        }
126
127        /**//// <summary>
128        /// 创建录音格式,此处使用16bit,16KHz,Mono的录音格式
129        /// </summary>
130        /// <returns>WaveFormat结构体</returns>
131        private WaveFormat CreateWaveFormat()
132        {
133            WaveFormat format = new WaveFormat();
134            format.FormatTag = WaveFormatTag.Pcm;   // PCM
135            format.SamplesPerSecond = 16000;        // 16KHz
136            format.BitsPerSample = 16;              // 16Bit
137            format.Channels = 1;                    // Mono
138            format.BlockAlign = (short)(format.Channels * (format.BitsPerSample / 8));
139            format.AverageBytesPerSecond = format.BlockAlign * format.SamplesPerSecond;
140
141            return format;
142        }
143
144        /**//// <summary>
145        /// 创建录音使用的缓冲区
146        /// </summary>
147        private void CreateCaptureBuffer()
148        {
149            // 缓冲区的描述对象
150            CaptureBufferDescription bufferdescription = new CaptureBufferDescription();
151
152            if (null != mNotify)
153            {
154                mNotify.Dispose();
155                mNotify = null;
156            }
157            if (null != mRecBuffer)
158            {
159                mRecBuffer.Dispose();
160                mRecBuffer = null;
161            }
162
163            // 设定通知的大小,默认为1s钟
164
165            mNotifySize = (1024 > mWavFormat.AverageBytesPerSecond / 8) ? 1024 : (mWavFormat.AverageBytesPerSecond / 8);
166            mNotifySize -= mNotifySize % mWavFormat.BlockAlign;
167
168
169            // 设定缓冲区大小
170            mBufferSize = mNotifySize * cNotifyNum;
171            // 创建缓冲区描述            
172            bufferdescription.BufferBytes = mBufferSize;
173            bufferdescription.Format = mWavFormat;           // 录音格式
174
175            // 创建缓冲区         
176            mRecBuffer = new CaptureBuffer(bufferdescription, mCapDev);
177            mNextCaptureOffset = 0;
178        }
179
180        /**//// <summary>
181        /// 初始化通知事件,将原缓冲区分成16个缓冲队列,在每个缓冲队列的结束点设定通知点.
182        /// </summary>
183        /// <returns>是否成功</returns>
184        private bool InitNotifications()
185        {
186            if (null == mRecBuffer)
187            {
188                MessageBox.Show("未创建录音缓冲区");
189                return false;
190
191            }
192            // 创建一个通知事件,当缓冲队列满了就激发该事件.
193            mNotificationEvent = new AutoResetEvent(false);
194            // 创建一个线程管理缓冲区事件
195            if (null == mNotifyThread)
196            {
197                mNotifyThread = new Thread(new ThreadStart(WaitThread));
198                mNotifyThread.Start();
199            }
200
201            // 设定通知的位置
202            BufferPositionNotify[] PositionNotify = new BufferPositionNotify[cNotifyNum + 1];
203            for (int i = 0; i < cNotifyNum; i++)
204            {
205                PositionNotify[i].Offset = (mNotifySize * i) + mNotifySize - 1;
206                PositionNotify[i].EventNotifyHandle = mNotificationEvent.Handle;
207            }
208
209            mNotify = new Notify(mRecBuffer);
210            mNotify.SetNotificationPositions(PositionNotify, cNotifyNum);
211            return true;
212        }
213
214        /**//// <summary>
215        /// 将录制的数据写入wav文件
216        /// </summary>
217        private void RecordCapturedData()
218        {
219            byte[] CaptureData = null;
220            int ReadPos;
221            int CapturePos;
222            int LockSize;
223            mRecBuffer.GetCurrentPosition(out CapturePos, out ReadPos);
224            LockSize = ReadPos - mNextCaptureOffset;
225            if (LockSize < 0)
226                LockSize += mBufferSize;
227
228            // 对齐缓冲区边界,实际上由于开始设定完整,这个操作是多余的.
229            LockSize -= (LockSize % mNotifySize);
230            if (0 == LockSize)
231                return;
232            // 读取缓冲区内的数据
233            CaptureData = (byte[])mRecBuffer.Read(mNextCaptureOffset, typeof(byte), LockFlag.None, LockSize);
234
235            // 写入Wav文件
236            mWriter.Write(CaptureData, 0, CaptureData.Length);
237
238            // 更新已经录制的数据长度.
239            mSampleCount += CaptureData.Length;
240            // 移动录制数据的起始点,通知消息只负责指示产生消息的位置,并不记录上次录制的位置
241            mNextCaptureOffset += CaptureData.Length;
242            mNextCaptureOffset %= mBufferSize; // Circular buffer
243        }
244
245
246        /**//// <summary>
247        /// 接收缓冲区满消息的处理线程
248        /// </summary>
249        private void WaitThread()
250        {
251            while (true)
252            {
253                // 等待缓冲区的通知消息
254                mNotificationEvent.WaitOne(Timeout.Infinite, true);
255                // 录制数据
256                RecordCapturedData();
257            }
258        }
259
260        /**//// <summary>
261        /// 创建保存的波形文件,并写入必要的文件头.
262        /// </summary>
263        private void CreateSoundFile()
264        {
265            /**//**************************************************************************
266         Here is where the file will be created. A
267         wave file is a RIFF file, which has chunks
268         of data that describe what the file contains.
269         A wave RIFF file is put together like this:
270         The 12 byte RIFF chunk is constructed like this:
271         Bytes 0 - 3 :  'R' 'I' 'F' 'F'
272         Bytes 4 - 7 :  Length of file, minus the first 8 bytes of the RIFF description.
273                           (4 bytes for "WAVE" + 24 bytes for format chunk length +
274                           8 bytes for data chunk description + actual sample data size.)
275          Bytes 8 - 11: 'W' 'A' 'V' 'E'
276          The 24 byte FORMAT chunk is constructed like this:
277          Bytes 0 - 3 : 'f' 'm' 't' ' '
278          Bytes 4 - 7 : The format chunk length. This is always 16.
279          Bytes 8 - 9 : File padding. Always 1.
280          Bytes 10- 11: Number of channels. Either 1 for mono,  or 2 for stereo.
281          Bytes 12- 15: Sample rate.
282          Bytes 16- 19: Number of bytes per second.
283          Bytes 20- 21: Bytes per sample. 1 for 8 bit mono, 2 for 8 bit stereo or
284          16 bit mono, 4 for 16 bit stereo.
285          Bytes 22- 23: Number of bits per sample.
286          The DATA chunk is constructed like this:
287          Bytes 0 - 3 : 'd' 'a' 't' 'a'
288          Bytes 4 - 7 : Length of data, in bytes.          
289          Bytes 8 -: Actual sample data.
290          ***************************************************************************/
291            // Open up the wave file for writing.
292            mWaveFile = new FileStream(mFileName, FileMode.Create);
293            mWriter = new BinaryWriter(mWaveFile);
294            // Set up file with RIFF chunk info.            
295            char[] ChunkRiff = { 'R', 'I', 'F', 'F' };
296            char[] ChunkType = { 'W', 'A', 'V', 'E' };
297            char[] ChunkFmt = { 'f', 'm', 't', ' ' };
298            char[] ChunkData = { 'd', 'a', 't', 'a' };
299            short shPad = 1;                // File padding
300            int nFormatChunkLength = 0x10;  // Format chunk length.
301            int nLength = 0;                // File length, minus first 8 bytes of RIFF description. This will be filled in later.
302            short shBytesPerSample = 0;     // Bytes per sample.
303
304            // 一个样本点的字节数目
305            if (8 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels)
306                shBytesPerSample = 1;
307            else if ((8 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels) || (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels))
308                shBytesPerSample = 2;
309            else if (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels)
310                shBytesPerSample = 4;
311
312            // RIFF 块
313            mWriter.Write(ChunkRiff);
314            mWriter.Write(nLength);
315            mWriter.Write(ChunkType);
316            // WAVE块
317            mWriter.Write(ChunkFmt);
318            mWriter.Write(nFormatChunkLength);
319            mWriter.Write(shPad);
320            mWriter.Write(mWavFormat.Channels);
321            mWriter.Write(mWavFormat.SamplesPerSecond);
322            mWriter.Write(mWavFormat.AverageBytesPerSecond);
323            mWriter.Write(shBytesPerSample);
324            mWriter.Write(mWavFormat.BitsPerSample);
325
326            // 数据块
327            mWriter.Write(ChunkData);
328            mWriter.Write((int)0);   // The sample length will be written in later.
329        }
330    }
331}

 

5．外部窗体调用方式
声明部分：
private SoundRecord recorder = null;    // 录音
窗体构造函数：
recorder = new SoundRecord();

启动录音按钮：
private void btnStart_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
    //
    // 录音设置
    //
    string wavfile = null;
    wavfile = “test.wav”;
    recorder.SetFileName(wavfile);
    recorder.RecStart();
}

中止录音按钮：
private void btnStop_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
    recorder.RecStop();
    recorder = null;
}

6．需要添加的外部引用文件
在系统的System32目录下添加以下两个引用文件，如果没有，在DirectX的开发包内可以找到。
Microsoft.DirectX.dll
Microsoft.DirectX.DirectSound.dll