【HTML5】Web Audio API打造超炫的音乐可视化效果

HTML5真是太多炫酷的东西了，其中Web Audio API算一个，琢磨着弄了个音乐可视化的demo，先上效果图：

项目演示：别说话，点我！源码已经挂到github上了，有兴趣的同学也可以去star或者fork我，源码注释超清楚的哦~~之前看刘大神的文章和源码，感觉其他方面的内容太多了，对初学者来说可能一下子难以抓到Web Audio API的重点，所以我就从一个初学者的角度来给大家说说Web Audio API这些事吧。

Web Audio API与HTML5提供的Audio标签并不是同样的东西，他们之间的区别可以自行搜索。简单的说Audio就是一个自带GUI的标签，他对音频的操作还是比较弱的，而Web Audio API则封装了非常多的对音频的操作，功能十分强大。Web Audio API目前还是一个草案，最新版本可以浏览这里：https://www.w3.org/TR/webaudio/，当然还有MDN上面的介绍：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Web_Audio_API#Example

注意：由于Web Audio API还是非常新，所以现在浏览器的支持不是非常好，具体兼容性如下：

一、整体流程：

一般来说，一个典型的Audio应用的流程都是这样的：

1、创建音频环境（audio Context）

2、创建音源，可以通过audio标签、文件流等方式

3、创建效果节点，可以是混响、压缩、延迟、增益等效果器、也可以是分析节点。

4、为音频选一个输出，比说说你的扬声器。然后将源、效果器和输出连接起来。

玩过吉他或者贝斯的哥们应该很容易理解了：音频环境就是你整个乐器硬件系统，音源就是你的乐器，效果节点就是各种效果器，当然也需要音箱输出和各种连线了。要对音乐进行处理，最重要的就是效果器节点了。这个项目没有增加其他效果，只用了一个分析节点，用来量化音频信号再关联到图形元素上面，得到可视化效果。

二、最简版本代码

 <!DOCTYPE html>

 <html>

     <head>

         <meta charset="UTF-8">

         <title>简单测试</title>

     </head>

     <body>

         <canvas id="myCanvas" width="400" height="400">您的浏览器不支持canvas标签</canvas>

         <audio id="myAudio" src="simplelove.mp3" controls="controls" >您的浏览器不支持audio标签</audio>

         <script type="text/javascript">

         window.onload = function () {

             try {

                 var audioCtx = new (window.AudioContext ||window.webkitAudioContext)();

             } catch (err) {

                 alert('!Your browser does not support Web Audio API!');

             };

             var myCanvas = document.getElementById('myCanvas'),

                 canvasCtx = myCanvas.getContext("2d"),

                 myAudio = document.getElementById("myAudio"),

                 source = audioCtx.createMediaElementSource(myAudio),

                 analyser = audioCtx.createAnalyser();

             source.connect(analyser);

             analyser.connect(audioCtx.destination);

             myAudio.oncanplaythrough = function draw () {

                 var cwidth = myCanvas.width,

                     cheight = myCanvas.height,

                     array = new Uint8Array(128);

                 analyser.getByteFrequencyData(array);

                 canvasCtx.clearRect(0, 0, cwidth, cheight);

                 for (var i = 0; i < array.length; i++) {

                     canvasCtx.fillRect(i * 3, cheight - array[i], 2, cheight);

                 }

                 requestAnimationFrame(draw);

             };

         };

         </script>

     </body>

 </html>

这个是最精简的版本，相信可以帮助大家快速理解整个流程，但是需要注意的是这个版本不兼容移动端。

三、关键代码分析

1、创建音频环境（audio Context）

创建音频环境非常简单，但是要考虑到浏览器兼容问题，需要用一个或语句来兼容不同浏览器。另外，对于不支持AudioContext的浏览器，还需要加一个try catch来避免报错。

try {

  var audioCtx = new (window.AudioContext ||window.webkitAudioContext)();

} catch (err) {

  alert('!Your browser does not support Web Audio API!');

};

2、创建音源

创建音源的方法有以下几种：

1）直接从HTML的video/audio元素中获取，使用的方法为AudioContext.createMediaElementSource().

var source = audioCtx.createMediaElementSource(myMediaElement); //myMediaElement可以是页面中的元素，也可以是用new创建的audio/video对象

注意：由于audio标签在移动端还有相当多的坑，大家可以搜索一下，避免踩坑哈！如果不考虑移动端的话，最简单的办法就是这种啦。

2）从原始的PCM数据中创建音源，方法有AudioContext.createBuffer(),AudioContext.createBufferSource(), 和AudioContext.decodeAudioData(). 这里可以分成从网络中获取或者从本地文件中选择两种方式，关键代码如下。

var source = audioCtx.createBufferSource();  //创建一个空的音源，一般使用该方式，后续将解码的缓冲数据放入source中，直接对source操作。

// var buffer = audioCtx.createBuffer(2, 22050, 44100);  //创建一个双通道、22050帧，44.1k采样率的缓冲数据。

audioCtx.decodeAudioData(audioData, function(buffer) {

    source.buffer = buffer; //将解码出来的数据放入source中

    //其他操作

}, function(err){

　　alert('!Fail to decode the file!');   //解码出错处理

});

网络获取方式，需要开一个Ajax异步请求来获取文件，并且设置请求返回类型为'ArrayBuffer'，代码如下：

// use XHR to load an audio track, and

// decodeAudioData to decode it and stick it in a buffer.

// Then we put the buffer into the source

function getData() {

var request = new XMLHttpRequest();　　//开一个请求

    request.open('GET', url, true);　　　　//往url请求数据

    request.responseType = 'arraybuffer';  //设置返回数据类型

    request.onload = function() {

        var audioData = request.response;

        //数据缓冲完成之后，进行解码

        audioCtx.decodeAudioData(audioData, function(buffer) {

            source.buffer = buffer;  //将解码出来的数据放入source中

            //进行数据处理

        }, function(err) {

　　　　　　　alert(‘!Fail to decode the file!’);   //解码出错处理

　　　　 });

    };

    request.send();

}

本地获取的话需要通过文件类型的input标签来进行文件选择，监听input的onchnage事件，一担文件选中便开始在代码中进行文件读入，此处用到file reader来读取文件，同样的读取结果的数据类型也设置为'ArrayBuffer'。我的项目使用了file reader本地读取的办法，兼顾移动端。

var audioInput = document.getElementById("uploader"); //HTML语句：<input type="file" id="uploader" />

audioInput.onchange = function() {

　　//文件长度不为0则真的选中了文件，因为用户点击取消也会触发onchange事件。

　　if (audioInput.files.length !== 0) {

　　　　files = audioInput.files[0]; //得到用户选取的文件

　　　　//文件选定之后，马上用FileReader进行读入

　　　　fr = new FileReader();

　　　　fr.onload = function(e) {

　　　　　　var fileResult = e.target.result;

　　　　　　//文件读入完成，进行解码

　　　　　　audioCtx.decodeAudioData(fileResult, function(buffer) {

　　　　　　　　source.buffer = buffer;//将解码出来的数据放入source中

　　　　　　　　//转到播放和分析环节    　　　　　　

          }, function(err) {

　　　　　　　　alert('!Fail to decode the file'); //解码出错

　　　　　　});

　　　　};

　　　　fr.onerror = function(err) {

　　　　　　alert('!Fail to read the file');    //文件读入出错

　　　　};

　　　　fr.readAsArrayBuffer(rfile); //同样的，ArrayBuffer方式读取

　　}

};

3、创建效果节点，选择输出并将源、效果器和输出连接起来。

前面也说过了，效果有非常多种，本文是建立分析节点。这里的连接是音源>>分析节点>>输出，为什么不直接将音源和输出连接起来呢？其实也可以直连，但因为分析节点需要做一定的处理，如果直接将音源和输出连接的话会有一定的延迟。另外，这里定义了一个status参数，用来指示状态值。最后的启动有两种写法，有兴趣的同学再去MDN上查查吧。

var status = 0,   //状态，播放中：1，停止：0

　　arraySize = 128，    //可以得到128组频率值

    analyser = audioCtx.createAnalyser();     //创建分析节点

source.connect(analyser);        //将音源和分析节点连接在一起

analyser.connect(audioCtx.destination);        //将分析节点和输出连接在一起

source.start(0);　　//启动音源

status = 1;  //更改音频状态

4、可视化绘图

为了得到可视化效果，还需要对分析节点做一个傅里叶变换将信号从时域转到频域中，此处原理省略一万字。。。有兴趣的同学可以去看看信号处理相关的书籍。但是，这么难得的装逼机会，我舍不得呀！看不惯的同学可以跳过，也可以微信转账给我（什么鬼。。。）。

项目中getByteFrequencyData(array)这个函数来获取所需频率的能量值，其中array数组的长度为频率的个数。有看过资料的同学会发现这里很多时候用的是analyser.frequencyBinCount和analyser.fftsize两个值，其中analyser.fftsize是快速傅立叶变换（FFT）用于频域分析的尺寸，默认为2048。analyser.frequencyBinCount是fftsize的一半，这里我不需要那么多组数据，所以自定义了一个长度为128的8位无符号整形数组（谭浩强C语言后遗症，勿怪）。另外需要注意的是频率值的范围，是0到255，如果需要精度更高的值，可以使用AnalyserNode.getFloatFrequencyData()得到32位浮点数。经过上面的得到了这些值之后，我们就可以用它来跟某些视觉元素关联起来，比如说常见的柱状频谱的高度、圆的半径、线条的密度等等。我的项目里面采用的是能量球的方式。

var canvas = document.getElementById('drawCanvas'),

    ctx = canvas.getContext('2d')，

    cwidth = canvas.width,

    cheight = canvas.height,

    visualizer = [],　　　　//可视化形状

    animationId = null;

var random = function(m, n) {

    return Math.round(Math.random() * (n - m) + m);　　//返回m~n之间的随机数

};

for (var i = 0; i < num; i++) {

    var x = random(0, cwidth),

        y = random(0, cheight),

        color = "rgba(" + random(0, 255) + "," + random(0, 255) + "," + random(0, 255) + ",0)";　　//随机化颜色

    visualizer.push({

        x: x,

        y: y,

        dy: Math.random() + 0.1,　　　//保证dy>0.1

        color: color,

        radius: 30　　//能量球初始化半径

    });

}

var draw = function() {

    var array = new Uint8Array(128);　　//创建频率数组

    analyser.getByteFrequencyData(array);　　//分析频率信息，结果返回到array数组中，频率值范围：0~255

    if (status === 0) {

        //array数组归零，有时候音频播完了但是频率值还残留着，这时候需要强制清零

        for (var i = array.length - 1; i >= 0; i--) {

            array[i] = 0;

        };

        var allBallstoZero = true;　　//能量球归零

        for (var i = that.visualizer.length - 1; i >= 0; i--) {

            allBallstoZero = allBallstoZero && (visualizer[i].radius < 1);

        };

        if (allBallstoZero) {

            cancelAnimationFrame(animationId); 　　//结束动画

            return;

        };

    };

    ctx.clearRect(0, 0, cwidth, cheight);

    for (var n = 0; n < array.length; n++) {

        var s = visualizer[n];

        s.radius = Math.round(array[n] / 256 * (cwidth > cheight ? cwidth / 25 : cheight / 18));　　//控制能量球大小与画布大小的比例

        var gradient = ctx.createRadialGradient(s.x, s.y, 0, s.x, s.y, s.radius);　　//创建能量球的渐变样式

        gradient.addColorStop(0, "#fff");

        gradient.addColorStop(0.5, "#D2BEC0");

        gradient.addColorStop(0.75, s.color.substring(0, s.color.lastIndexOf(",")) + ",0.4)");

        gradient.addColorStop(1, s.color);

        ctx.fillStyle = gradient;

        ctx.beginPath();

        ctx.arc(s.x, s.y, s.radius, 0, Math.PI * 2, true);　　//画一个能量球

        ctx.fill();

        s.y = s.y - 2 * s.dy;　　//能量球向上移动

        if ((s.y <= 0) && (status != 0)) {　　//到画布顶端的时候重置s.y，随机化s.x

            s.y = cheight;　　

            s.x = random(0, cwidth);

        }

    }

    animationId = requestAnimationFrame(draw);　　//动画

};

5、其他

音频播完：

source.onended = function() {

    status = 0;　　//更改播放状态

};

自适应方面，在window的onload和onresize调整canvas尺寸，但重点不在这里。重点是能量球的大小如何跟随画布大小调节，因为动画在进行中，所以最好的方案也是在动画中动态改变，所以上段代码中的cwidth和cheight的赋值应该放在绘图动画中。

var canvas = document.getElementById('drawCanvas');

canvas.width = window.clientWidth

   　　　　　　  || document.documentElement.clientWidth

               || document.body.clientWidth;

canvas.height = window.clientHeight

               || document.documentElement.clientHeight

               || document.body.clientHeight;

增加点小玩法：鼠标捕捉能量球，鼠标进入能量球内的时候就捕捉到能量球，并要保持移动才能持续抓紧能量球

//鼠标捕捉能量球

canvas.onmousemove = function (e) {

    if (status != 0) {

        for (var n = 0; n < visualizer.length; n++) {

            var s = visualizer[n];

            if (Math.sqrt(Math.pow(s.x-e.pageX,2) + Math.pow(s.y-e.pageY,2)) < s.radius) {

                s.x = e.pageX;

                s.y = e.pageY;

            }

        }

    }

};

最后说说非常重要的代码规范!

上述代码只是为了简化关系突出流程而改写的代码，并不符合代码规范。为了更好地进行编码，我们应该创建一个全局对象，把上述所有相关属性及方法写到其中。全局对象不但可以方便管理，而且在chrome中调试的时候，可以直接在控制台中查看并编辑，调试起来非常方便。按照惯例，对象的属性直接写在构造器里，对象的方法写到原型中方便日后扩展继承。对象内部使用的私有方法还有私有属性以短横线开头，也是从封装的角度考虑的。

这篇文章主要是参考了刘哇勇的博文和代码(下2)，后来查看MDN的时候发现了下1的更通俗简单的版本，都是大力推荐！写文章真不容易，首先是思路重新整理，然后是材料的收集，代码的增减，工作量真心大。写作不易，赶紧点赞哈~

Reference:

1、Visualizations with Web Audio API(官方原版，强力推荐) https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Web_Audio_API/Visualizations_with_Web_Audio_API

2、开大你的音响，感受HTML5 Audio API带来的视听盛宴 http://www.cnblogs.com/Wayou/p/html5_audio_api_visualizer.html