使用 AVAudioEngine 进行电平测量

Posted 2023-02-15

【中文标题】使用 AVAudioEngine 进行电平测量

【英文标题】：Level Metering with AVAudioEngine

【发布时间】：2015-08-18 22:09:07

【问题描述】：

我刚刚在AVAudioEngine 上观看了 WWDC 视频（第 502 场 AVAudioEngine 实践），我很高兴能够制作基于这项技术的应用程序。

我无法弄清楚如何对麦克风输入或混音器的输出进行电平监控。

有人可以帮忙吗？明确地说，我说的是监控当前输入信号（并在 UI 中显示），而不是通道/轨道的输入/输出音量设置。

我知道您可以使用 AVAudioRecorder 执行此操作，但这不是 AVAudioEngine 所需的 AVAudioNode。

【参考方案1】：

尝试在主混音器上安装一个水龙头，然后通过设置帧长度使其更快，然后读取样本并获得平均值，如下所示：

在顶部导入框架

#import <Accelerate/Accelerate.h>

添加属性

@property float averagePowerForChannel0;
@property float averagePowerForChannel1;

那么下面同理>>

self.mainMixer = [self.engine mainMixerNode];
[self.mainMixer installTapOnBus:0 bufferSize:1024 format:[self.mainMixer outputFormatForBus:0] block:^(AVAudioPCMBuffer * _Nonnull buffer, AVAudioTime * _Nonnull when) 
    [buffer setFrameLength:1024];
    UInt32 inNumberFrames = buffer.frameLength;

    if(buffer.format.channelCount>0)
    
        Float32* samples = (Float32*)buffer.floatChannelData[0];
        Float32 avgValue = 0;

        vDSP_meamgv((Float32*)samples, 1, &avgValue, inNumberFrames);
        self.averagePowerForChannel0 = (LEVEL_LOWPASS_TRIG*((avgValue==0)?-100:20.0*log10f(avgValue))) + ((1-LEVEL_LOWPASS_TRIG)*self.averagePowerForChannel0) ;
        self.averagePowerForChannel1 = self.averagePowerForChannel0;
    

    if(buffer.format.channelCount>1)
    
        Float32* samples = (Float32*)buffer.floatChannelData[1];
        Float32 avgValue = 0;

        vDSP_meamgv((Float32*)samples, 1, &avgValue, inNumberFrames);
        self.averagePowerForChannel1 = (LEVEL_LOWPASS_TRIG*((avgValue==0)?-100:20.0*log10f(avgValue))) + ((1-LEVEL_LOWPASS_TRIG)*self.averagePowerForChannel1) ;
    
];

然后，得到你想要的目标值

NSLog(@"===test===%.2f", self.averagePowerForChannel1);

要获得峰值，请使用 vDSP_maxmgv 而不是 vDSP_meamgv。

---

LEVEL_LOWPASS_TRIG 是一个简单的过滤器，取值在 0.0 到 1.0 之间，如果设置为 0.0，您将过滤所有值并且不会获取任何数据。如果将其设置为 1.0，您将获得太多噪音。基本上，值越高，您将获得更多的数据变化。似乎 0.10 到 0.30 之间的值对于大多数应用程序来说是好的。

【讨论】：

LEVEL_LOWPASS_TRIG 使用的值（或范围）是多少？

要使用 vDSP_meamgv ，请执行“import Accelerate”以使用 Apple 的高性能数学框架。

你能在 Github 上发布一个完整的工作示例吗？

@apocolipse 我也不知道该放什么... LEVEL_LOWPASS_TRIG=0.01 对我有用。

这是最好的选择。我为 Swift 做了同样的事情，所以这个 ObjC 语法是我在另一个应用程序上的救命稻草。它可以针对音量的不同视觉表示进行调整：波形图表、简单的音量条或依赖于音量的透明度（褪色的麦克风图标等...）。

【参考方案2】：

我发现了另一种有点奇怪的解决方案，但效果很好，比 Tap 好得多。混音器没有 AudioUnit，但如果将其转换为 AVAudioIONode，您可以获得 AudioUnit 并使用 ios 的计量工具。方法如下：

启用或禁用计量：

- (void)setMeteringEnabled:(BOOL)enabled;

    UInt32 on = (enabled)?1:0;
    AVAudioIONode *node = (AVAudioIONode*)self.engine.mainMixerNode;
    OSStatus err = AudioUnitSetProperty(node.audioUnit, kAudioUnitProperty_MeteringMode, kAudioUnitScope_Output, 0, &on, sizeof(on));

要更新仪表：

- (void)updateMeters;

    AVAudioIONode *node = (AVAudioIONode*)self.engine.mainMixerNode;

    AudioUnitParameterValue level;
    AudioUnitGetParameter(node.audioUnit, kMultiChannelMixerParam_PostAveragePower, kAudioUnitScope_Output, 0, &level);

    self.averagePowerForChannel1 = self.averagePowerForChannel0 = level;
    if(self.numberOfChannels>1)
    
        err = AudioUnitGetParameter(node.audioUnit, kMultiChannelMixerParam_PostAveragePower+1, kAudioUnitScope_Output, 0, &level);
    

【参考方案3】：

'Farhad Malekpour'答案的等效 Swift 3 代码

在顶部导入框架

import Accelerate

全局声明

private var audioEngine: AVAudioEngine?
    private var averagePowerForChannel0: Float = 0
    private var averagePowerForChannel1: Float = 0
let LEVEL_LOWPASS_TRIG:Float32 = 0.30

在需要的地方使用下面的代码

let inputNode = audioEngine!.inputNode//since i need microphone audio level i have used `inputNode` otherwise you have to use `mainMixerNode`
let recordingFormat: AVAudioFormat = inputNode!.outputFormat(forBus: 0)
 inputNode!.installTap(onBus: 0, bufferSize: 1024, format: recordingFormat) [weak self] (buffer:AVAudioPCMBuffer, when:AVAudioTime) in
                guard let strongSelf = self else 
                    return
                
                strongSelf.audioMetering(buffer: buffer)

计算

private func audioMetering(buffer:AVAudioPCMBuffer) 
            buffer.frameLength = 1024
            let inNumberFrames:UInt = UInt(buffer.frameLength)
            if buffer.format.channelCount > 0 
                let samples = (buffer.floatChannelData![0])
                var avgValue:Float32 = 0
                vDSP_meamgv(samples,1 , &avgValue, inNumberFrames)
                var v:Float = -100
                if avgValue != 0 
                    v = 20.0 * log10f(avgValue)
                
                self.averagePowerForChannel0 = (self.LEVEL_LOWPASS_TRIG*v) + ((1-self.LEVEL_LOWPASS_TRIG)*self.averagePowerForChannel0)
                self.averagePowerForChannel1 = self.averagePowerForChannel0
            

            if buffer.format.channelCount > 1 
                let samples = buffer.floatChannelData![1]
                var avgValue:Float32 = 0
                vDSP_meamgv(samples, 1, &avgValue, inNumberFrames)
                var v:Float = -100
                if avgValue != 0 
                    v = 20.0 * log10f(avgValue)
                
                self.averagePowerForChannel1 = (self.LEVEL_LOWPASS_TRIG*v) + ((1-self.LEVEL_LOWPASS_TRIG)*self.averagePowerForChannel1)
            
    

【讨论】：

您有此代码的工作示例吗？这显示了整个周期..您如何实例化 AudioEngine 等..

新手问题 - 如果节点设置在通道 0 上，为什么会有 2 个通道？

【参考方案4】：

#define LEVEL_LOWPASS_TRIG .3

#import "AudioRecorder.h"





@implementation AudioRecord


-(id)init 
     self = [super init];
     self.recordEngine = [[AVAudioEngine alloc] init];

     return self;



 /**  ----------------------  Snippet ***.com not including Audio Level Meter    ---------------------     **/


-(BOOL)recordToFile:(NSString*)filePath 

     NSURL *fileURL = [NSURL fileURLWithPath:filePath];

     const Float64 sampleRate = 44100;

     AudioStreamBasicDescription aacDesc =  0 ;
     aacDesc.mSampleRate = sampleRate;
     aacDesc.mFormatID = kAudioFormatMPEG4AAC; 
     aacDesc.mFramesPerPacket = 1024;
     aacDesc.mChannelsPerFrame = 2;

     ExtAudioFileRef eaf;

     OSStatus err = ExtAudioFileCreateWithURL((__bridge CFURLRef)fileURL, kAudioFileAAC_ADTSType, &aacDesc, NULL, kAudioFileFlags_EraseFile, &eaf);
     assert(noErr == err);

     AVAudioInputNode *input = self.recordEngine.inputNode;
     const AVAudioNodeBus bus = 0;

     AVAudioFormat *micFormat = [input inputFormatForBus:bus];

     err = ExtAudioFileSetProperty(eaf, kExtAudioFileProperty_ClientDataFormat, sizeof(AudioStreamBasicDescription), micFormat.streamDescription);
     assert(noErr == err);

     [input installTapOnBus:bus bufferSize:1024 format:micFormat block:^(AVAudioPCMBuffer *buffer, AVAudioTime *when) 
       const AudioBufferList *abl = buffer.audioBufferList;
       OSStatus err = ExtAudioFileWrite(eaf, buffer.frameLength, abl);
       assert(noErr == err);


       /**  ----------------------  Snippet from ***.com in different context  ---------------------     **/


       UInt32 inNumberFrames = buffer.frameLength;
       if(buffer.format.channelCount>0) 
         Float32* samples = (Float32*)buffer.floatChannelData[0]; 
         Float32 avgValue = 0;
         vDSP_maxv((Float32*)samples, 1.0, &avgValue, inNumberFrames);
         self.averagePowerForChannel0 = (LEVEL_LOWPASS_TRIG*((avgValue==0)?
                                  -100:20.0*log10f(avgValue))) + ((1- LEVEL_LOWPASS_TRIG)*self.averagePowerForChannel0) ;
         self.averagePowerForChannel1 = self.averagePowerForChannel0;
       

       dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^

         self.levelIndicator.floatValue=self.averagePowerForChannel0;

       );     


       /**  ---------------------- End of Snippet from ***.com in different context  ---------------------     **/

     ];

     BOOL startSuccess;
     NSError *error;

     startSuccess = [self.recordEngine startAndReturnError:&error]; 
     return startSuccess;




@end

【讨论】：

对于@omarojo。这是使用其他两个答案的组合的工作代码。 .h 文件来了

【参考方案5】：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <AVFoundation/AVFoundation.h>
#import <AudioToolbox/ExtendedAudioFile.h>
#import <CoreAudio/CoreAudio.h>
#import <Accelerate/Accelerate.h>
#import <AppKit/AppKit.h>

@interface AudioRecord : NSObject 



@property (nonatomic) AVAudioEngine *recordEngine;


@property float averagePowerForChannel0;
@property float averagePowerForChannel1;
@property float numberOfChannels;
@property NSLevelIndicator * levelIndicator;


-(BOOL)recordToFile:(NSString*)filePath;

@end

【讨论】：

要使用，只需调用 newAudioRecord = [AudioRecord new]; newAudioRecord.levelIndicator=self.audioLevelIndicator; --- 实验性（不是很好）[newAudioRecord recordToFile:fullFilePath_Name]; [newAudioRecord.recordEngine 停止]; [newAudioRecord.recordEngine 重置]; newAudioRecord.recordEngine pause];恢复：[newAudioRecord.recordEngine startAndReturnError:NULL];

【参考方案6】：

Swift 5+

I got help from this project.

下载以上项目并在您的项目中复制“Microphone.swift”类。

复制粘贴这些fowling代码到你的项目中：

import AVFoundation

private var mic = MicrophoneMonitor(numberOfSamples: 1)
private var timer:Timer!

override func viewDidLoad() 
    super.viewDidLoad()
    timer = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 0.1, target: self, selector: #selector(startMonitoring), userInfo: nil, repeats: true)
    timer.fire()


@objc func startMonitoring() 
  print("sound level:", normalizeSoundLevel(level: mic.soundSamples.first!))


private func normalizeSoundLevel(level: Float) -> CGFloat 
    let level = max(0.2, CGFloat(level) + 50) / 2 // between 0.1 and 25
    return CGFloat(level * (300 / 25)) // scaled to max at 300 (our height of our bar)

3.开啤酒庆祝一下！

【讨论】：

这是不断地将音频重新编码到文件中吗？似乎效率不高。

这是我找到的唯一方法！