Android提高第十一篇之模拟信号示波器

上次简单地介绍了AudioRecord和AudioTrack的使用，这次就结合SurfaceView实现一个Android版的手机模拟信号示波器(PS：以前也讲过J2ME版的手机示波器)。最近物联网炒得很火，作为手机软件开发者，如何在不修改手机硬件电路的前提下实现与第三方传感器结合呢？麦克风就是一个很好的ADC接口，通过麦克风与第三方传感器结合，再在软件里对模拟信号做相应的处理，就可以提供更丰富的传感化应用。

先来看看本文程序运行的效果图(屏幕录像速度较慢，真机实际运行起来会更加流畅)：

本文程序使用8000hz的采样率，对X轴方向绘图的实时性要求较高，如果不降低X轴的分辨率，程序的实时性较差，因此程序对X轴数据缩小区间为8倍～16倍。由于采用16位采样，因此Y轴数据的高度相对于手机屏幕来说也偏大，程序也对Y轴数据做缩小，区间为1倍～10倍。在SurfaceView的OnTouchListener方法里加入了波形基线的位置调节，直接在SurfaceView控件上触摸即可控制整体波形偏上或偏下显示。

main.xml源码如下：

1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
2. <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
3. android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent"
4. android:layout_height="fill_parent">
5. <LinearLayout android:id="@+id/LinearLayout01"
6. android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent"
7. android:orientation="horizontal">
8. <Button android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/btnStart"
9. android:text="开始" android:layout_width="80dip"></Button>
10. <Button android:layout_height="wrap_content" android:text="停止"
11. android:id="@+id/btnExit" android:layout_width="80dip"></Button>
12. <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"
13. android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX"></ZoomControls>
14. <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"
15. android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY"></ZoomControls>
16. </LinearLayout>
17. <SurfaceView android:id="@+id/SurfaceView01"
18. android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent"></SurfaceView>
19. </LinearLayout>

ClsOscilloscope.java是实现示波器的类库，包含AudioRecord操作线程和SurfaceView绘图线程的实现，两个线程同步操作，代码如下：

1. package com.testOscilloscope;
2. import java.util.ArrayList;
3. import android.graphics.Canvas;
4. import android.graphics.Color;
5. import android.graphics.Paint;
6. import android.graphics.Rect;
7. import android.media.AudioRecord;
8. import android.view.SurfaceView;
9. public class ClsOscilloscope {
10. private ArrayList<short[]> inBuf = new ArrayList<short[]>();
11. private boolean isRecording = false;// 线程控制标记
12. /**
13. * X轴缩小的比例
14. */
15. public int rateX = 4;
16. /**
17. * Y轴缩小的比例
18. */
19. public int rateY = 4;
20. /**
21. * Y轴基线
22. */
23. public int baseLine = 0;
24. /**
25. * 初始化
26. */
27. public void initOscilloscope(int rateX, int rateY, int baseLine) {
28. this.rateX = rateX;
29. this.rateY = rateY;
30. this.baseLine = baseLine;
31. }
32. /**
33. * 开始
34. *
35. * @param recBufSize
36. *            AudioRecord的MinBufferSize
37. */
38. public void Start(AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,
39. Paint mPaint) {
40. isRecording = true;
41. new RecordThread(audioRecord, recBufSize).start();// 开始录制线程
42. new DrawThread(sfv, mPaint).start();// 开始绘制线程
43. }
44. /**
45. * 停止
46. */
47. public void Stop() {
48. isRecording = false;
49. inBuf.clear();// 清除
50. }
51. /**
52. * 负责从MIC保存数据到inBuf
53. *
54. * @author GV
55. *
56. */
57. class RecordThread extends Thread {
58. private int recBufSize;
59. private AudioRecord audioRecord;
60. public RecordThread(AudioRecord audioRecord, int recBufSize) {
61. this.audioRecord = audioRecord;
62. this.recBufSize = recBufSize;
63. }
64. public void run() {
65. try {
66. short[] buffer = new short[recBufSize];
67. audioRecord.startRecording();// 开始录制
68. while (isRecording) {
69. // 从MIC保存数据到缓冲区
70. int bufferReadResult = audioRecord.read(buffer, 0,
71. recBufSize);
72. short[] tmpBuf = new short[bufferReadResult / rateX];
73. for (int i = 0, ii = 0; i < tmpBuf.length; i++, ii = i
74. * rateX) {
75. tmpBuf[i] = buffer[ii];
76. }
77. synchronized (inBuf) {//
78. inBuf.add(tmpBuf);// 添加数据
79. }
80. }
81. audioRecord.stop();
82. } catch (Throwable t) {
83. }
84. }
85. };
86. /**
87. * 负责绘制inBuf中的数据
88. *
89. * @author GV
90. *
91. */
92. class DrawThread extends Thread {
93. private int oldX = 0;// 上次绘制的X坐标
94. private int oldY = 0;// 上次绘制的Y坐标
95. private SurfaceView sfv;// 画板
96. private int X_index = 0;// 当前画图所在屏幕X轴的坐标
97. private Paint mPaint;// 画笔
98. public DrawThread(SurfaceView sfv, Paint mPaint) {
99. this.sfv = sfv;
100. this.mPaint = mPaint;
101. }
102. public void run() {
103. while (isRecording) {
104. ArrayList<short[]> buf = new ArrayList<short[]>();
105. synchronized (inBuf) {
106. if (inBuf.size() == 0)
107. continue;
108. buf = (ArrayList<short[]>) inBuf.clone();// 保存
109. inBuf.clear();// 清除
110. }
111. for (int i = 0; i < buf.size(); i++) {
112. short[] tmpBuf = buf.get(i);
113. SimpleDraw(X_index, tmpBuf, rateY, baseLine);// 把缓冲区数据画出来
114. X_index = X_index + tmpBuf.length;
115. if (X_index > sfv.getWidth()) {
116. X_index = 0;
117. }
118. }
119. }
120. }
121. /**
122. * 绘制指定区域
123. *
124. * @param start
125. *            X轴开始的位置(全屏)
126. * @param buffer
127. *            缓冲区
128. * @param rate
129. *            Y轴数据缩小的比例
130. * @param baseLine
131. *            Y轴基线
132. */
133. void SimpleDraw(int start, short[] buffer, int rate, int baseLine) {
134. if (start == 0)
135. oldX = 0;
136. Canvas canvas = sfv.getHolder().lockCanvas(
137. new Rect(start, 0, start + buffer.length, sfv.getHeight()));// 关键:获取画布
138. canvas.drawColor(Color.BLACK);// 清除背景
139. int y;
140. for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {// 有多少画多少
141. int x = i + start;
142. y = buffer[i] / rate + baseLine;// 调节缩小比例，调节基准线
143. canvas.drawLine(oldX, oldY, x, y, mPaint);
144. oldX = x;
145. oldY = y;
146. }
147. sfv.getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);// 解锁画布，提交画好的图像
148. }
149. }
150. }

testOscilloscope.java是主程序，控制UI和ClsOscilloscope，代码如下：

1. package com.testOscilloscope;
2. import android.app.Activity;
3. import android.graphics.Color;
4. import android.graphics.Paint;
5. import android.media.AudioFormat;
6. import android.media.AudioRecord;
7. import android.media.MediaRecorder;
8. import android.os.Bundle;
9. import android.view.MotionEvent;
10. import android.view.SurfaceView;
11. import android.view.View;
12. import android.view.View.OnTouchListener;
13. import android.widget.Button;
14. import android.widget.ZoomControls;
15. public class testOscilloscope extends Activity {
16. /** Called when the activity is first created. */
17. Button btnStart,btnExit;
18. SurfaceView sfv;
19. ZoomControls zctlX,zctlY;
20. ClsOscilloscope clsOscilloscope=new ClsOscilloscope();
21. static final int frequency = 8000;//分辨率
22. static final int channelConfiguration = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO;
23. static final int audioEncoding = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
24. static final int xMax = 16;//X轴缩小比例最大值,X轴数据量巨大，容易产生刷新延时
25. static final int xMin = 8;//X轴缩小比例最小值
26. static final int yMax = 10;//Y轴缩小比例最大值
27. static final int yMin = 1;//Y轴缩小比例最小值
28. int recBufSize;//录音最小buffer大小
29. AudioRecord audioRecord;
30. Paint mPaint;
31. @Override
32. public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
33. super.onCreate(savedInstanceState);
34. setContentView(R.layout.main);
35. //录音组件
36. recBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,
37. channelConfiguration, audioEncoding);
38. audioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency,
39. channelConfiguration, audioEncoding, recBufSize);
40. //按键
41. btnStart = (Button) this.findViewById(R.id.btnStart);
42. btnStart.setOnClickListener(new ClickEvent());
43. btnExit = (Button) this.findViewById(R.id.btnExit);
44. btnExit.setOnClickListener(new ClickEvent());
45. //画板和画笔
46. sfv = (SurfaceView) this.findViewById(R.id.SurfaceView01);
47. sfv.setOnTouchListener(new TouchEvent());
48. mPaint = new Paint();
49. mPaint.setColor(Color.GREEN);// 画笔为绿色
50. mPaint.setStrokeWidth(1);// 设置画笔粗细
51. //示波器类库
52. clsOscilloscope.initOscilloscope(xMax/2, yMax/2, sfv.getHeight()/2);
53. //缩放控件，X轴的数据缩小的比率高些
54. zctlX = (ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlX);
55. zctlX.setOnZoomInClickListener(new View.OnClickListener() {
56. @Override
57. public void onClick(View v) {
58. if(clsOscilloscope.rateX>xMin)
59. clsOscilloscope.rateX--;
60. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
61. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
62. }
63. });
64. zctlX.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {
65. @Override
66. public void onClick(View v) {
67. if(clsOscilloscope.rateX<xMax)
68. clsOscilloscope.rateX++;
69. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
70. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
71. }
72. });
73. zctlY = (ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlY);
74. zctlY.setOnZoomInClickListener(new View.OnClickListener() {
75. @Override
76. public void onClick(View v) {
77. if(clsOscilloscope.rateY>yMin)
78. clsOscilloscope.rateY--;
79. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
80. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
81. }
82. });
83. zctlY.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {
84. @Override
85. public void onClick(View v) {
86. if(clsOscilloscope.rateY<yMax)
87. clsOscilloscope.rateY++;
88. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
89. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
90. }
91. });
92. }
93. @Override
94. protected void onDestroy() {
95. super.onDestroy();
96. android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());
97. }
98. /**
99. * 按键事件处理
100. * @author GV
101. *
102. */
103. class ClickEvent implements View.OnClickListener {
104. @Override
105. public void onClick(View v) {
106. if (v == btnStart) {
107. clsOscilloscope.baseLine=sfv.getHeight()/2;
108. clsOscilloscope.Start(audioRecord,recBufSize,sfv,mPaint);
109. } else if (v == btnExit) {
110. clsOscilloscope.Stop();
111. }
112. }
113. }
114. /**
115. * 触摸屏动态设置波形图基线
116. * @author GV
117. *
118. */
119. class TouchEvent implements OnTouchListener{
120. @Override
121. public boolean onTouch(View v, MotionEvent event) {
122. clsOscilloscope.baseLine=(int)event.getY();
123. return true;
124. }
125. }
126. }