Android 音视频开发：使用AudioRecord采集音频PCM并保存

Posted 2021-09-10 学杰杰杰杰.

一. AudioRecord API详解

AudioRecord是安卓系统提供的用于实现录音的功能类。
根据官方文档：
AndioRecord类的主要功能就是让各自JAVA应用能够管理音频资源，以便它们通过这个类录制硬件设备收集的声音。录音过程，应用需要做的就是调用三个类方法中的一个获取声音数据。

1. read(byte[],int,int)
2. read(short[],int,int)
3. read(ByteBuffer,int)

无论使用哪一个方法，都需要预先设定一个buffer用于存储还没有来得及被读取的数据。这个buffer的大小可以在构造AudioRecord对象的时候指定，一旦确定大小，声音数据从音频硬件中被读出，一次读取的数据大小不能超过该buffer的容量。
实现android录音的流程为：

1. 构造一个AudioRecord对象，其中需要的最小录音缓存buffer大小可以通过getMinBufferSize方法得到，如果buffer容量过小，会导致对象构造失败。
2. 初始化一个buffer，该buffer大于等于AudioRecord对象用于写声音数据的buffer大小。
3. 开始录音。
4. 创建一个数据流，一边从AudioRecord中读取声音数据到初始化的buffer，一边将buffer中数据导入数据流。
5. 关闭数据流。
6. 停止录音。

二. 使用AudioRecord实现录音，并生成.wav文件

2.1 创建一个AudioRecord对象

首先要声明一些全局的变量参数：

private AudioRecord audioRecord = null; //声明AudioRecord对象
private int recordBufSize = 0; //声明recordBuffer的大小字段

获取buffer的大小，并创建AudioRecord：

public void createAudioRecord(){
    recordBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,channelConfiguration,EncodingBitRate);  //audioRecord能接收的最小的buffer大小
    audioRecord = new AudioRecord(MediaRecord.Audiosource.MIC,frequency,channelConfiguration,EncodingBitRate,recordBufSize);
}

2.2 初始化一个buffer

byte data[] = new byte[recordBufSize];

2.3 开始录音

audioRecord.startRecording();
isRecording = true;

2.4 创建一个数据流，一边从AudioRecord中读取声音数据到初始化的buffer，一边将buffer中数据导入数据流

FileOutputStream os = null;

try{
    os = new FileOutputStream(filename);
}catch(FileNotFoundException e){
    e.printStackTrace();
}

if(null != os)
{
    while(isRecording){
        read = audioRecord.read(data,0,recordBufSize);
        //如果读取音频数据没有出现错误，就将数据写入到文件
        if(AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION != read){
            try{
                os.write(data)
            }catch(IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    try{
       os.close();
    }catch(IOException e){
       e.printStackTrace();
    }
}

2.5 关闭数据流

修改标志位：isRecording为false，上面的while循环就自动停止了，数据流也就停止流动了，Stream也就被关闭了。

isRecording = false;

2.6 停止录音

停止录音之后，注意要释放资源。

if(null != audioRecord){
    audioRecord.stop();
    audioRecord.release();
    audioRecord = null;
    recordingThread = null;
}

最后：添加权限WRITE_EXTERNAL_STORAGE、RECORD_AUDIO

三. 注意事项

按照上述流程录制出的音频文件是无法直接进行播放的raw文件，如果想要放入播放器中进行播放，需要加入文件头。
添加wave文件头的代码如下：

public class PcmToWavUtil {

    /**
     * 缓存的音频大小
     */
    private int mBufferSize;
    /**
     * 采样率
     */
    private int mSampleRate;
    /**
     * 声道数
     */
    private int mChannel;


    /**
     * @param sampleRate sample rate、采样率
     * @param channel channel、声道
     * @param encoding Audio data format、音频格式
     */
    PcmToWavUtil(int sampleRate, int channel, int encoding) {
        this.mSampleRate = sampleRate;
        this.mChannel = channel;
        this.mBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(mSampleRate, mChannel, encoding);
    }


    /**
     * pcm文件转wav文件
     *
     * @param inFilename 源文件路径
     * @param outFilename 目标文件路径
     */
    public void pcmToWav(String inFilename, String outFilename) {
        FileInputStream in;
        FileOutputStream out;
        long totalAudioLen;
        long totalDataLen;
        long longSampleRate = mSampleRate;
        int channels = mChannel == AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO ? 1 : 2;
        long byteRate = 16 * mSampleRate * channels / 8;
        byte[] data = new byte[mBufferSize];
        try {
            in = new FileInputStream(inFilename);
            out = new FileOutputStream(outFilename);
            totalAudioLen = in.getChannel().size();
            totalDataLen = totalAudioLen + 36;

            writeWaveFileHeader(out, totalAudioLen, totalDataLen,
                longSampleRate, channels, byteRate);
            while (in.read(data) != -1) {
                out.write(data);
            }
            in.close();
            out.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /**
     * 加入wav文件头
     */
    private void writeWaveFileHeader(FileOutputStream out, long totalAudioLen,
                                     long totalDataLen, long longSampleRate, int channels, long byteRate)
        throws IOException {
        byte[] header = new byte[44];
        // RIFF/WAVE header
        header[0] = \'R\';
        header[1] = \'I\';
        header[2] = \'F\';
        header[3] = \'F\';
        header[4] = (byte) (totalDataLen & 0xff);
        header[5] = (byte) ((totalDataLen >> 8) & 0xff);
        header[6] = (byte) ((totalDataLen >> 16) & 0xff);
        header[7] = (byte) ((totalDataLen >> 24) & 0xff);
        //WAVE
        header[8] = \'W\';
        header[9] = \'A\';
        header[10] = \'V\';
        header[11] = \'E\';
        // \'fmt \' chunk
        header[12] = \'f\';
        header[13] = \'m\';
        header[14] = \'t\';
        header[15] = \' \';
        // 4 bytes: size of \'fmt \' chunk
        header[16] = 16;
        header[17] = 0;
        header[18] = 0;
        header[19] = 0;
        // format = 1
        header[20] = 1;
        header[21] = 0;
        header[22] = (byte) channels;
        header[23] = 0;
        header[24] = (byte) (longSampleRate & 0xff);
        header[25] = (byte) ((longSampleRate >> 8) & 0xff);
        header[26] = (byte) ((longSampleRate >> 16) & 0xff);
        header[27] = (byte) ((longSampleRate >> 24) & 0xff);
        header[28] = (byte) (byteRate & 0xff);
        header[29] = (byte) ((byteRate >> 8) & 0xff);
        header[30] = (byte) ((byteRate >> 16) & 0xff);
        header[31] = (byte) ((byteRate >> 24) & 0xff);
        // block align
        header[32] = (byte) (2 * 16 / 8);
        header[33] = 0;
        // bits per sample
        header[34] = 16;
        header[35] = 0;
        //data
        header[36] = \'d\';
        header[37] = \'a\';
        header[38] = \'t\';
        header[39] = \'a\';
        header[40] = (byte) (totalAudioLen & 0xff);
        header[41] = (byte) ((totalAudioLen >> 8) & 0xff);
        header[42] = (byte) ((totalAudioLen >> 16) & 0xff);
        header[43] = (byte) ((totalAudioLen >> 24) & 0xff);
        out.write(header, 0, 44);
    }
}

四. MediaRecorder和AudioRecord

Andorid SDK提供了两套音视频采集的API，分别为MediaRecorder和AudioRecord，前者是一个更加上层的API，它可以直接把手机麦克风录入的音频数据进行压缩编码（如AMR、MP3等）并存成文件，而后者更接近底层，能够更加自由灵活的控制，可以得到原始的一帧帧PCM音频数据。如果想要简单的做一个录音机，录制成可以播放的音频文件，则推举使用MediaRecord，而如果想要对音频做进一步处理、或者采用第三方的编码库进行压缩、以及网络传输等应用，则建议使用AudioRecord。其实MediaRecord底层也是调用了AudioRecord与Android Framework层的AudioFlinger进行交互的。直播中实时采集音频自然要有AudioRecord。

五. 源码

http://github.com/renhui/Audi...