基于android的实时音频频谱仪

前一段实习，本来打算做c++，到了公司发现没啥项目，于是乎转行做了android，写的第一个程序竟然要我处理信号，咱可是一心搞计算机的，没接触过信号的东西，什么都没接触过，于是乎， 找各种朋友，各种熟人，现在想想，专注语言是不对的，语言就是一工具，关键还是业务，算法。好了，废话不多说，上程序，注释都很详细，应该能看懂。

分析声音，其实很简单，就是运用傅里叶变换，将声音信号由时域转化到频域(程序用的是快速傅里叶变换，比较简单)，为啥要这样，好处多多，不细讲，公司里的用处是为了检测手机发出声音的信号所在的频率集中范围。

第一个类，复数的计算，用到加减乘，很简单。

1. package com.mobao360.sunshine;
2. //复数的加减乘运算
3. public class Complex {
4. public double real;
5. public double image;
6. //三个构造函数
7. public Complex() {
8. // TODO Auto-generated constructor stub
9. this.real = 0;
10. this.image = 0;
11. }
12. public Complex(double real, double image){
13. this.real = real;
14. this.image = image;
15. }
16. public Complex(int real, int image) {
17. Integer integer = real;
18. this.real = integer.floatValue();
19. integer = image;
20. this.image = integer.floatValue();
21. }
22. public Complex(double real) {
23. this.real = real;
24. this.image = 0;
25. }
26. //乘法
27. public Complex cc(Complex complex) {
28. Complex tmpComplex = new Complex();
29. tmpComplex.real = this.real * complex.real - this.image * complex.image;
30. tmpComplex.image = this.real * complex.image + this.image * complex.real;
31. return tmpComplex;
32. }
33. //加法
34. public Complex sum(Complex complex) {
35. Complex tmpComplex = new Complex();
36. tmpComplex.real = this.real + complex.real;
37. tmpComplex.image = this.image + complex.image;
38. return tmpComplex;
39. }
40. //减法
41. public Complex cut(Complex complex) {
42. Complex tmpComplex = new Complex();
43. tmpComplex.real = this.real - complex.real;
44. tmpComplex.image = this.image - complex.image;
45. return tmpComplex;
46. }
47. //获得一个复数的值
48. public int getIntValue(){
49. int ret = 0;
50. ret = (int) Math.round(Math.sqrt(this.real*this.real - this.image*this.image));
51. return ret;
52. }
53. }

这个类是有三个功能，第一，采集数据；第二，进行快速傅里叶计算；第三，绘图。

采集数据用AudioRecord类，网上讲解这个类的蛮多的，搞清楚构造类的各个参数就可以。

绘图用的是SurfaceView Paint Canvas三个类，本人也是参考网络达人的代码

1. package com.mobao360.sunshine;
2. import java.util.ArrayList;
3. import java.lang.Short;
4. import android.content.Context;
5. import android.graphics.Canvas;
6. import android.graphics.Color;
7. import android.graphics.DashPathEffect;
8. import android.graphics.Paint;
9. import android.graphics.Path;
10. import android.graphics.PathEffect;
11. import android.graphics.Rect;
12. import android.media.AudioRecord;
13. import android.util.Log;
14. import android.view.SurfaceView;
15. public class AudioProcess {
16. public static final float pi= (float) 3.1415926;
17. //应该把处理前后处理后的普线都显示出来
18. private ArrayList<short[]> inBuf = new ArrayList<short[]>();//原始录入数据
19. private ArrayList<int[]> outBuf = new ArrayList<int[]>();//处理后的数据
20. private boolean isRecording = false;
21. Context mContext;
22. private int shift = 30;
23. public int frequence = 0;
24. private int length = 256;
25. //y轴缩小的比例
26. public int rateY = 21;
27. //y轴基线
28. public int baseLine = 0;
29. //初始化画图的一些参数
30. public void initDraw(int rateY, int baseLine,Context mContext, int frequence){
31. this.mContext = mContext;
32. this.rateY = rateY;
33. this.baseLine = baseLine;
34. this.frequence = frequence;
35. }
36. //启动程序
37. public void start(AudioRecord audioRecord, int minBufferSize, SurfaceView sfvSurfaceView) {
38. isRecording = true;
39. new RecordThread(audioRecord, minBufferSize).start();
40. new DrawThread(sfvSurfaceView).start();
41. }
42. //停止程序
43. public void stop(SurfaceView sfvSurfaceView){
44. isRecording = false;
45. inBuf.clear();
46. }
47. //录音线程
48. class RecordThread extends Thread{
49. private AudioRecord audioRecord;
50. private int minBufferSize;
51. public RecordThread(AudioRecord audioRecord,int minBufferSize){
52. this.audioRecord = audioRecord;
53. this.minBufferSize = minBufferSize;
54. }
55. public void run(){
56. try{
57. short[] buffer = new short[minBufferSize];
58. audioRecord.startRecording();
59. while(isRecording){
60. int res = audioRecord.read(buffer, 0, minBufferSize);
61. synchronized (inBuf){
62. inBuf.add(buffer);
63. }
64. //保证长度为2的幂次数
65. length=up2int(res);
66. short[]tmpBuf = new short[length];
67. System.arraycopy(buffer, 0, tmpBuf, 0, length);
68. Complex[]complexs = new Complex[length];
69. int[]outInt = new int[length];
70. for(int i=0;i < length; i++){
71. Short short1 = tmpBuf[i];
72. complexs[i] = new Complex(short1.doubleValue());
73. }
74. fft(complexs,length);
75. for (int i = 0; i < length; i++) {
76. outInt[i] = complexs[i].getIntValue();
77. }
78. synchronized (outBuf) {
79. outBuf.add(outInt);
80. }
81. }
82. audioRecord.stop();
83. }catch (Exception e) {
84. // TODO: handle exception
85. Log.i("Rec E",e.toString());
86. }
87. }
88. }
89. //绘图线程
90. class DrawThread extends Thread{
91. //画板
92. private SurfaceView sfvSurfaceView;
93. //当前画图所在屏幕x轴的坐标
94. //画笔
95. private Paint mPaint;
96. private Paint tPaint;
97. private Paint dashPaint;
98. public DrawThread(SurfaceView sfvSurfaceView) {
99. this.sfvSurfaceView = sfvSurfaceView;
100. //设置画笔属性
101. mPaint = new Paint();
102. mPaint.setColor(Color.BLUE);
103. mPaint.setStrokeWidth(2);
104. mPaint.setAntiAlias(true);
105. tPaint = new Paint();
106. tPaint.setColor(Color.YELLOW);
107. tPaint.setStrokeWidth(1);
108. tPaint.setAntiAlias(true);
109. //画虚线
110. dashPaint = new Paint();
111. dashPaint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
112. dashPaint.setColor(Color.GRAY);
113. Path path = new Path();
114. path.moveTo(0, 10);
115. path.lineTo(480,10);
116. PathEffect effects = new DashPathEffect(new float[]{5,5,5,5},1);
117. dashPaint.setPathEffect(effects);
118. }
119. @SuppressWarnings("unchecked")
120. public void run() {
121. while (isRecording) {
122. ArrayList<int[]>buf = new ArrayList<int[]>();
123. synchronized (outBuf) {
124. if (outBuf.size() == 0) {
125. continue;
126. }
127. buf = (ArrayList<int[]>)outBuf.clone();
128. outBuf.clear();
129. }
130. //根据ArrayList中的short数组开始绘图
131. for(int i = 0; i < buf.size(); i++){
132. int[]tmpBuf = buf.get(i);
133. SimpleDraw(tmpBuf, rateY, baseLine);
134. }
135. }
136. }
137. /**
138. * 绘制指定区域
139. *
140. * @param start
141. *            X 轴开始的位置(全屏)
142. * @param buffer
143. *             缓冲区
144. * @param rate
145. *            Y 轴数据缩小的比例
146. * @param baseLine
147. *            Y 轴基线
148. */
149. private void SimpleDraw(int[] buffer, int rate, int baseLine){
150. Canvas canvas = sfvSurfaceView.getHolder().lockCanvas(
151. new Rect(0, 0, buffer.length,sfvSurfaceView.getHeight()));
152. canvas.drawColor(Color.BLACK);
153. canvas.drawText("幅度值", 0, 3, 2, 15, tPaint);
154. canvas.drawText("原点(0,0)", 0, 7, 5, baseLine + 15, tPaint);
155. canvas.drawText("频率(HZ)", 0, 6, sfvSurfaceView.getWidth() - 50, baseLine + 30, tPaint);
156. canvas.drawLine(shift, 20, shift, baseLine, tPaint);
157. canvas.drawLine(shift, baseLine, sfvSurfaceView.getWidth(), baseLine, tPaint);
158. canvas.save();
159. canvas.rotate(30, shift, 20);
160. canvas.drawLine(shift, 20, shift, 30, tPaint);
161. canvas.rotate(-60, shift, 20);
162. canvas.drawLine(shift, 20, shift, 30, tPaint);
163. canvas.rotate(30, shift, 20);
164. canvas.rotate(30, sfvSurfaceView.getWidth()-1, baseLine);
165. canvas.drawLine(sfvSurfaceView.getWidth() - 1, baseLine, sfvSurfaceView.getWidth() - 11, baseLine, tPaint);
166. canvas.rotate(-60, sfvSurfaceView.getWidth()-1, baseLine);
167. canvas.drawLine(sfvSurfaceView.getWidth() - 1, baseLine, sfvSurfaceView.getWidth() - 11, baseLine, tPaint);
168. canvas.restore();
169. //tPaint.setStyle(Style.STROKE);
170. for(int index = 64; index <= 512; index = index + 64){
171. canvas.drawLine(shift + index, baseLine, shift + index, 40, dashPaint);
172. String str = String.valueOf(frequence / 1024 * index);
173. canvas.drawText( str, 0, str.length(), shift + index - 15, baseLine + 15, tPaint);
174. }
175. int y;
176. for(int i = 0; i < buffer.length; i = i + 1){
177. y = baseLine - buffer[i] / rateY ;
178. canvas.drawLine(2*i + shift, baseLine, 2*i +shift, y, mPaint);
179. }
180. sfvSurfaceView.getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);
181. }
182. }
183. /**
184. * 向上取最接近iint的2的幂次数.比如iint=320时,返回256
185. * @param iint
186. * @return
187. */
188. private int up2int(int iint) {
189. int ret = 1;
190. while (ret<=iint) {
191. ret = ret << 1;
192. }
193. return ret>>1;
194. }
195. //快速傅里叶变换
196. public void fft(Complex[] xin,int N)
197. {
198. int f,m,N2,nm,i,k,j,L;//L:运算级数
199. float p;
200. int e2,le,B,ip;
201. Complex w = new Complex();
202. Complex t = new Complex();
203. N2 = N / 2;//每一级中蝶形的个数,同时也代表m位二进制数最高位的十进制权值
204. f = N;//f是为了求流程的级数而设立的
205. for(m = 1; (f = f / 2) != 1; m++);                             //得到流程图的共几级
206. nm = N - 2;
207. j = N2;
208. /******倒序运算——雷德算法******/
209. for(i = 1; i <= nm; i++)
210. {
211. if(i < j)//防止重复交换
212. {
213. t = xin[j];
214. xin[j] = xin[i];
215. xin[i] = t;
216. }
217. k = N2;
218. while(j >= k)
219. {
220. j = j - k;
221. k = k / 2;
222. }
223. j = j + k;
224. }
225. /******蝶形图计算部分******/
226. for(L=1; L<=m; L++)                                    //从第1级到第m级
227. {
228. e2 = (int) Math.pow(2, L);
229. //e2=(int)2.pow(L);
230. le=e2+1;
231. B=e2/2;
232. for(j=0;j<B;j++)                                    //j从0到2^(L-1)-1
233. {
234. p=2*pi/e2;
235. w.real = Math.cos(p * j);
236. //w.real=Math.cos((double)p*j);                                   //系数W
237. w.image = Math.sin(p*j) * -1;
238. //w.imag = -sin(p*j);
239. for(i=j;i<N;i=i+e2)                                //计算具有相同系数的数据
240. {
241. ip=i+B;                                           //对应蝶形的数据间隔为2^(L-1)
242. t=xin[ip].cc(w);
243. xin[ip] = xin[i].cut(t);
244. xin[i] = xin[i].sum(t);
245. }
246. }
247. }
248. }
249. }

主程序

1. package com.mobao360.sunshine;
2. import java.util.ArrayList;
3. import android.app.Activity;
4. import android.app.AlertDialog;
5. import android.content.Context;
6. import android.content.DialogInterface;
7. import android.os.Bundle;
8. import android.util.Log;
9. import android.view.SurfaceView;
10. import android.view.View;
11. import android.widget.AdapterView;
12. import android.widget.ArrayAdapter;
13. import android.widget.Button;
14. import android.widget.Spinner;
15. import android.widget.TextView;
16. import android.widget.Toast;
17. import android.widget.ZoomControls;
18. import android.media.AudioFormat;
19. import android.media.AudioRecord;
20. import android.media.MediaRecorder;
21. public class AudioMaker extends Activity {
22. /** Called when the activity is first created. */
23. static  int frequency = 8000;//分辨率
24. static final int channelConfiguration = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO;
25. static final int audioEncodeing = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
26. static final int yMax = 50;//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 minBufferSize;//采集数据需要的缓冲区大小
29. AudioRecord audioRecord;//录音
30. AudioProcess audioProcess = new AudioProcess();//处理
31. Button btnStart,btnExit;  //开始停止按钮
32. SurfaceView sfv;  //绘图所用
33. ZoomControls zctlX,zctlY;//频谱图缩放
34. Spinner spinner;//下拉菜单
35. ArrayList<String> list=new ArrayList<String>();
36. ArrayAdapter<String>adapter;//下拉菜单适配器
37. TextView tView;
38. @Override
39. public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
40. super.onCreate(savedInstanceState);
41. setContentView(R.layout.main);
42. initControl();
43. }
44. @Override
45. protected void onDestroy(){
46. super.onDestroy();
47. android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());
48. }
49. //初始化控件信息
50. private void initControl() {
51. //获取采样率
52. tView = (TextView)this.findViewById(R.id.tvSpinner);
53. spinner = (Spinner)this.findViewById(R.id.spinnerFre);
54. String []ls =getResources().getStringArray(R.array.action);
55. for(int i=0;i<ls.length;i++){
56. list.add(ls[i]);
57. }
58. adapter=new ArrayAdapter<String>(this, android.R.layout.simple_spinner_item,list);
59. adapter.setDropDownViewResource(android.R.layout.simple_spinner_dropdown_item);
60. spinner.setAdapter(adapter);
61. spinner.setPrompt("请选择采样率");
62. spinner.setOnItemSelectedListener(new Spinner.OnItemSelectedListener(){
63. @SuppressWarnings("unchecked")
64. public void onItemSelected(AdapterView arg0,View agr1,int arg2,long arg3){
65. frequency = Integer.parseInt(adapter.getItem(arg2));
66. tView.setText("您选择的是:"+adapter.getItem(arg2)+"HZ");
67. Log.i("sunshine",String.valueOf(minBufferSize));
68. arg0.setVisibility(View.VISIBLE);
69. }
70. @SuppressWarnings("unchecked")
71. public void onNothingSelected(AdapterView arg0){
72. arg0.setVisibility(View.VISIBLE);
73. }
74. });
75. Context mContext = getApplicationContext();
76. //按键
77. btnStart = (Button)this.findViewById(R.id.btnStart);
78. btnExit = (Button)this.findViewById(R.id.btnExit);
79. //按键事件处理
80. btnStart.setOnClickListener(new ClickEvent());
81. btnExit.setOnClickListener(new ClickEvent());
82. //画笔和画板
83. sfv = (SurfaceView)this.findViewById(R.id.SurfaceView01);
84. //初始化显示
85. audioProcess.initDraw(yMax/2, sfv.getHeight(),mContext,frequency);
86. //画板缩放
87. zctlY = (ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlY);
88. zctlY.setOnZoomInClickListener(new View.OnClickListener() {
89. @Override
90. public void onClick(View v) {
91. if(audioProcess.rateY - 5>yMin){
92. audioProcess.rateY = audioProcess.rateY - 5;
93. setTitle("Y轴缩小"+String.valueOf(audioProcess.rateY)+"倍");
94. }else{
95. audioProcess.rateY = 1;
96. setTitle("原始尺寸");
97. }
98. }
99. });
100. zctlY.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {
101. @Override
102. public void onClick(View v) {
103. if(audioProcess.rateY<yMax){
104. audioProcess.rateY = audioProcess.rateY + 5;
105. setTitle("Y轴缩小"+String.valueOf(audioProcess.rateY)+"倍");
106. }else {
107. setTitle("Y轴已经不能再缩小");
108. }
109. }
110. });
111. }
112. /**
113. * 按键事件处理
114. */
115. class ClickEvent implements View.OnClickListener{
116. @Override
117. public void onClick(View v){
118. Button button = (Button)v;
119. if(button == btnStart){
120. if(button.getText().toString().equals("Start")){
121. try {
122. //录音
123. minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,
124. channelConfiguration,
125. audioEncodeing);
126. //minBufferSize = 2 * minBufferSize;
127. audioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,frequency,
128. channelConfiguration,
129. audioEncodeing,
130. minBufferSize);
131. audioProcess.baseLine = sfv.getHeight()-100;
132. audioProcess.frequence = frequency;
133. audioProcess.start(audioRecord, minBufferSize, sfv);
134. Toast.makeText(AudioMaker.this,
135. "当前设备支持您所选择的采样率:"+String.valueOf(frequency),
136. Toast.LENGTH_SHORT).show();
137. btnStart.setText(R.string.btn_exit);
138. spinner.setEnabled(false);
139. } catch (Exception e) {
140. // TODO: handle exception
141. Toast.makeText(AudioMaker.this,
142. "当前设备不支持你所选择的采样率"+String.valueOf(frequency)+",请重新选择",
143. Toast.LENGTH_SHORT).show();
144. }
145. }else if (button.getText().equals("Stop")) {
146. spinner.setEnabled(true);
147. btnStart.setText(R.string.btn_start);
148. audioProcess.stop(sfv);
149. }
150. }
151. else {
152. new AlertDialog.Builder(AudioMaker.this)
153. .setTitle("提示")
154. .setMessage("确定退出?")
155. .setPositiveButton("确定", new DialogInterface.OnClickListener() {
156. public void onClick(DialogInterface dialog, int whichButton) {
157. setResult(RESULT_OK);//确定按钮事件
158. AudioMaker.this.finish();
159. finish();
160. }
161. })
162. .setNegativeButton("取消", new DialogInterface.OnClickListener() {
163. public void onClick(DialogInterface dialog, int whichButton) {
164. //取消按钮事件
165. }
166. })
167. .show();
168. }
169. }
170. }
171. }

程序源码下载地址：http://download.csdn.net/detail/sunshine_okey/3790484

详细的看代码吧，有什么写的详细的可以留言

第一次写技术文章，写的不好，大家不要怪罪，将就着看把