通过Android录音进行简单音频分析
Android录音有MediaRecorder和AudioRecord两种方式,前者使用方便,可以直接生成录音文件,但是录音格式为aac和amr等等,都经过压缩处理,不方便进行音频分析。
而用AudioRecord可以得到PCM编码的原音频数据,可以用FFT对数据进行处理,简单分析声音的频率。
1.AndroidRecord录音
private static final String FILE_NAME = "MainMicRecord";
private static final int SAMPLE_RATE = 44100;//Hz,采样频率
private static final double FREQUENCY = 500; //Hz,标准频率(这里分析的是500Hz)
private static final double RESOLUTION = 10; //Hz,误差
private static final long RECORD_TIME = 2000;
private File mSampleFile;
private int bufferSize=0;
private AudioRecord mAudioRecord; private void startRecord() {
try {
mSampleFile = new File(getFilesDir()+"/"+FILE_NAME);
if(mSampleFile.exists()){
if(!mSampleFile.delete()){
return;
}
}
if(!mSampleFile.createNewFile()){
return;
}
} catch(IOException e) {
return;
}
//为了方便,这里只录制单声道
//如果是双声道,得到的数据是一左一右,注意数据的保存和处理
bufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(SAMPLE_RATE,
AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,SAMPLE_RATE,
AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
bufferSize);
mAudioRecord.startRecording();
new Thread(new AudioRecordThread()).start();
} private class AudioRecordThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
//将录音数据写入文件
short[] audiodata = new short[bufferSize/2];
DataOutputStream fos = null;
try {
fos = new DataOutputStream( new FileOutputStream(mSampleFile));
int readSize;
while (mAudioRecord.getRecordingState() == AudioRecord.RECORDSTATE_RECORDING){
readSize = mAudioRecord.read(audiodata,0,audiodata.length);
if(AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION != readSize){
for(int i = 0;i<readSize;i++){
fos.writeShort(audiodata[i]);
fos.flush();
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
if(fos!=null){
try {
fos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} //在这里release
mAudioRecord.release();
mAudioRecord = null;
}
}
}; //在这里stop的时候先不要release
private void stopRecording() {
mAudioRecord.stop();
} //对录音文件进行分析
private void frequencyAnalyse(){
if(mSampleFile == null){return;
}
try {
DataInputStream inputStream = new DataInputStream(new FileInputStream(mSampleFile));
//16bit采样,因此用short[]
//如果是8bit采样,这里直接用byte[]
//从文件中读出一段数据,这里长度是SAMPLE_RATE,也就是1s采样的数据
short[] buffer=new short[SAMPLE_RATE];
for(int i = 0;i<buffer.length;i++){
buffer[i] = inputStream.readShort();
}
short[] data = new short[FFT.FFT_N]; //为了数据稳定,在这里FFT分析只取最后的FFT_N个数据
System.arraycopy(buffer, buffer.length - FFT.FFT_N,
data, 0, FFT.FFT_N); //FFT分析得到频率
double frequence = FFT.GetFrequency(data);
if(Math.abs(frequence - FREQUENCY)<RESOLUTION){
//测试通过
}else{
//测试失败
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
2.FFT实现
参考:http://introcs.cs.princeton.edu/java/97data/FFT.java.html
(1)复数类
public class Complex {
public double real, imag;
public Complex(double real,double im){
this.real = real;
this.imag = im;
}
public Complex(){
this(0,0);
}
public Complex(Complex c){
this(c.real,c.imag);
}
@Override
public String toString() {
return "("+this.real+"+"+this.imag +"i)";
}
//加法
public final Complex add(Complex c){
return new Complex(this.real+c.real,this.imag +c.imag);
}
//减法
public final Complex minus(Complex c){
return new Complex(this.real-c.real,this.imag -c.imag);
}
//求模值
public final double getMod(){
return Math.sqrt(this.real * this.real+this.imag * this.imag);
}
//乘法
public final Complex multiply(Complex c){
return new Complex(
this.real*c.real - this.imag *c.imag,
this.real*c.imag + this.imag *c.real);
}
}
(2)FFT求最大频率
public class FFT {
public static final int FFT_N = 4096;
public static final int SAMPLE_RATE = 44100; //HZ
//快速傅里叶变换
public static Complex[] getFFT(Complex[] data){
int N = data.length;
if(N==1){
return new Complex[]{data[0]};
}
if(N%2 != 0){
throw new RuntimeException("N is not a power of 2");
}
//fft of even/odd terms
Complex[] even = new Complex[N/2];
Complex[] odd = new Complex[N/2];
for(int k = 0;k<N/2;k++){
even[k] = data[2*k];
odd[k] = data[2*k+1];
}
Complex[] q= getFFT(even);
Complex[] r = getFFT(odd);
Complex[] y = new Complex[N];
for (int k = 0;k<N/2;k++){
double kth = -2*k*Math.PI/N;
Complex wk = new Complex(Math.cos(kth), Math.sin(kth));
y[k] = q[k].add(wk.multiply(r[k]));
y[k+N/2] = q[k].minus(wk.multiply(r[k]));
}
return y;
}
//================================================================
public static double GetFrequency(short[] data){
Log.i("FFT","GetFrequency");
if(data.length<FFT_N){
throw new RuntimeException("Data length lower than "+FFT_N);
}
Complex[] f = new Complex[FFT_N];
for(int i=0;i<FFT_N;i++){
f[i] = new Complex(data[i],0); //实部为正弦波FFT_N点采样,赋值为1
//虚部为0
}
f = getFFT(f); //进行快速福利叶变换
// String str = "";
// for(int i = 0;i<FFT_N;i++){
// str+=f[i].toString()+" ";
// }
// Log.i("FFT","fft: "+str);
double[] s = new double[FFT_N/2];
// str = "";
for(int i=0;i<FFT_N/2;i++){
s[i] = f[i].getMod();
// str += ""+s[i]+" ";
}
// Log.i("FFT","s: "+str);
int fmax=0;
for(int i=1;i<FFT_N/2;i++){ //利用FFT的对称性,只取前一半进行处理
if(s[i]>s[fmax])
fmax=i; //计算最大频率的序号值
}
// Log.i("FFT","max index:"+fmax+" fft:"+f[fmax]+" s:"+s[fmax]);
double fre = fmax*(double)SAMPLE_RATE / FFT_N;
Log.i("FFT","fre:"+fre);
return fre;
}
}
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