Android 音视频技术之录音获取实时音量

Posted 2020-11-16 灰色飘零

一、实时音量相关基础知识

说到获取音量，大家首先想到的应该就是分贝（dB），分贝是一个相对单位（是一个比值，是一个数值，是一个纯计数方法）。

在音频领域dB度量的是声音的强度，其计算的公式如下：

在上面的公式中，分子是测量值的声压，分母是参考值的声压（20微帕，人类所能听到的最小声压）。

 

在android设备传感器中，我们能获取到的物理值是振幅值，一般使用下面的公式来计算分贝值：

 

我们从Android SDK中读取了某段音频数据的振幅后，取最大振幅或平均振幅（可以用平方和平均，或绝对值的和平均），代入上述公式的A1。参考的振幅A0取值定为1（这里取1是为了实现方便，如需更加精确建议拿一个标准分贝计做校准参考），作为 Android 麦克风能听到的最小的声音振幅。这样我们就可以计算出分贝值了。

二、Android 获取实时音量

获取音量之前，我们必须先在AndroidManifest.xml文件里面申请相应的权限：

<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />

在Android SDK提供的API中，我们能获取到音频方式有两个：android.media.MediaRecorder 和 android.media.AudioRecord。

1. MediaRecorder

MediaRecorder 是用来录制一段完整的音视频并写入到文件系统中的API。通过它，我们能很简单的通过它的无参方法getMaxAmplitude来获取一小段时间内音频源数据中的最大振幅，此方法是很多录音软件计算音量等级所采用的办法。（注：因为是取最大值，所以存在受到极端数据的影响而导致计算的分贝波动值较大的问题）。

使用MediaRecorder.getMaxAmplitude返回的是0到32767范围的16位整型。如果设置参考振幅为1的话，那么计算出来的分贝值域的正常范围应该为 0dB 到 90.3dB。

核心代码：

　　/**
     * 开始录音 使用amr格式
     */
    public void startRecord() {
        // 开始录音
        /* ①Initial：实例化MediaRecorder对象 */
        if (mMediaRecorder == null)
            mMediaRecorder = new MediaRecorder();
        try {
            /* ②setAudiosource/setVedioSource */
            mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 设置麦克风
            /* ②设置音频文件的编码：AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 声音的（波形）的采样 */
            mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
            /*
             * ②设置输出文件的格式：THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式
             * ，H263视频/ARM音频编码)、MPEG-4、RAW_AMR(只支持音频且音频编码要求为AMR_NB)
             */
            mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);
            /* ③准备 */
            mMediaRecorder.setOutputFile(Environment.getExternalStorageDirectory().getPath() + File.separator + "111.amr");
            mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);
            mMediaRecorder.prepare();
            /* ④开始 */
            mMediaRecorder.start();
            updateMicStatus();
        } catch (IllegalStateException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /**
     * 停止录音
     */
    private void stopRecord() {
        if (mMediaRecorder == null) {
            return;
        }
        mMediaRecorder.stop();
        mMediaRecorder.reset();
        mMediaRecorder.release();
        mMediaRecorder = null;
    }

　　private void updateMicStatus() {
    　　if (mMediaRecorder != null) {
       　　 double ratio = (double) mMediaRecorder.getMaxAmplitude() / 1;   // 参考振幅为 1
        　　double db = 0;// 分贝
        　　if (ratio > 1) {
         　　   db = 20 * Math.log10(ratio);
        　　}
        　　Log.d(TAG, "计算分贝值 = " + db + "dB");
        　　mHandler.postDelayed(mUpdateMicStatusTimer, 100); // 间隔取样时间为100秒
    　　}
　　}

2. AudioRecord

此API相对MediaRecorder来说更偏底层一点，我们可以使用AudioRecord获得具体的音频数据。

音源数据通过read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes)方法从缓冲区读取到我们传入的字节数组audioData后，我们便可以对其进行操作，如求平方和或绝对值的平均值。这样可以避免个别极端值的影响，使计算的结果更加稳定。求得平均值之后，如果是平方和则代入常数系数为10的公式中，如果是绝对值的则代入常数系数为20的公式中，算出分贝值。

核心代码：

public void getNoiseLevel() {

    mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, SAMPLE_RATE_IN_HZ,
            AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, BUFFER_SIZE);

    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            mAudioRecord.startRecording();
            short[] buffer = new short[BUFFER_SIZE];
            while (isGetVoiceRun) {
                //r是实际读取的数据长度，一般而言r会小于buffersize
                int r = mAudioRecord.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
                long v = 0;
                // 将 buffer 内容取出，进行平方和运算
                for (short value : buffer) {
                    v += value * value;
                }
                // 平方和除以数据总长度，得到音量大小。
                double mean = v / (double) r;
                double volume = 10 * Math.log10(mean);
                Log.d(TAG, "分贝值 = " + volume + "dB");
                synchronized (mLock) {
                    try {
                        mLock.wait(100); // 一秒十次
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            mAudioRecord.stop();
            mAudioRecord.release();
            mAudioRecord = null;
        }
    }).start();
}

 

github地址：https://github.com/renhui/RHAudioVolume/tree/master