分贝显示器，实时显示声音强度（附源码）

Posted 2020-08-20

使用 摄像头、麦克风、扬声器测试程序 一文中提到的技术，我们可以基本实现QQ的语音视频测试向导的功能了。但是，我觉得语音测试这块的体验还可以做得更好一点，就像QQ语音测试一样，实时显示麦克风采集到的声音的强度：

       

接下来，我们做个小demo，来实现类似的功能。先上demo运行起来的截图：

        

（界面确实比较丑，我们这里的重点在于技术方面如何实现，如果你愿意花点时间，可以将其美化得跟QQ的那个一样漂亮^_^）

 

1.实现思路

实现这个小例子的主要思路如下：

（1）使用OMCS采集和播放从麦克风的输入数据（PCM）。

（2）对采集到的数据进行傅立叶变换，变换的结果就可以反应声音的强度。

（3）使用ProgressBar控件来实时显示声音的强度信息。

2.具体实现

（1）傅立叶变换算法 

    public static class FourierTransformer
    {
        public static double[] FFTDb(double[] source)
        {          
            int sourceLen = source.Length;
            int nu = (int)(Math.Log(sourceLen) / Math.Log(2));
            int halfSourceLen = sourceLen / 2;
            int nu1 = nu - 1;
            double[] xre = new double[sourceLen];
            double[] xim = new double[sourceLen];
            double[] decibel = new double[halfSourceLen];
            double tr, ti, p, arg, c, s;
            for (int i = 0; i < sourceLen; i++)
            {
                xre[i] = source[i];
                xim[i] = 0.0f;
            }
            int k = 0;
            for (int l = 1; l <= nu; l++)
            {
                while (k < sourceLen)
                {
                    for (int i = 1; i <= halfSourceLen; i++)
                    {
                        p = BitReverse(k >> nu1, nu);
                        arg = 2 * (double)Math.PI * p / sourceLen;
                        c = (double)Math.Cos(arg);
                        s = (double)Math.Sin(arg);
                        tr = xre[k + halfSourceLen] * c + xim[k + halfSourceLen] * s;
                        ti = xim[k + halfSourceLen] * c - xre[k + halfSourceLen] * s;
                        xre[k + halfSourceLen] = xre[k] - tr;
                        xim[k + halfSourceLen] = xim[k] - ti;
                        xre[k] += tr;
                        xim[k] += ti;
                        k++;
                    }
                    k += halfSourceLen;
                }
                k = 0;
                nu1--;
                halfSourceLen = halfSourceLen / 2;
            }
            k = 0;
            int r;
            while (k < sourceLen)
            {
                r = BitReverse(k, nu);
                if (r > k)
                {
                    tr = xre[k];
                    ti = xim[k];
                    xre[k] = xre[r];
                    xim[k] = xim[r];
                    xre[r] = tr;
                    xim[r] = ti;
                }
                k++;
            }
            for (int i = 0; i < sourceLen / 2; i++)
            {
                decibel[i] = 10.0 * Math.Log10((float)(Math.Sqrt((xre[i] * xre[i]) + (xim[i] * xim[i]))));
            }

            return decibel;
        }

        private static int BitReverse(int j, int nu)
        {
            int j2;
            int j1 = j;
            int k = 0;
            for (int i = 1; i <= nu; i++)
            {
                j2 = j1 / 2;
                k = 2 * k + j1 - 2 * j2;
                j1 = j2;
            }
            return k;
        }
    }

 至于傅立叶变换与分贝有什么关系，网上有很多相关的资料，可以baidu一下。对有兴趣的童鞋，强烈推荐阅读这篇文章 -- 分贝是个什么东西？。

（2）初始化OMCS服务器、设备管理器、麦克风设备 

        //获取麦克风列表
         IList<MicrophoneInformation> microphones = SoundDevice.GetMicrophones();
        this.comboBox2.DataSource = microphones;
        if (microphones.Count > 0)
        {
            this.comboBox2.SelectedIndex = 0;
        }

        //初始化OMCS服务器
         OMCSConfiguration configuration = new OMCSConfiguration(10, 1, EncodingQuality.High, 16000, 800, 600);
        this.multimediaServer = new MultimediaServer(9000, new DefaultUserVerifier(), configuration, false, null);

        this.multimediaManager.DeviceErrorOccurred += new CbGeneric<MultimediaDeviceType, string>(multimediaManager_DeviceErrorOccurred);
        this.multimediaManager.AudioCaptured += new CbGeneric<byte[]>(multimediaManager_AudioCaptured);
        this.microphoneConnector1.ConnectEnded += new CbGeneric<ConnectResult>(microphoneConnector1_ConnectEnded);

（3）连接麦克风，开始采集

    if (!SoundDevice.IsSoundCardInstalled())
    {
        this.label_error.Visible = true;
        this.label_error.Text = "声卡没有安装";
    }

    //初始化多媒体管理器 
    this.multimediaManager.MicrophoneDeviceIndex = this.comboBox2.SelectedIndex;                  
    this.multimediaManager.Initialize("tester", "", "127.0.0.1", 9000); //与OMCS服务器建立连接，并登录

    //尝试连接麦克风              
    this.microphoneConnector1.BeginConnect("tester");

首先，初始化本地多媒体设备管理器，然后使用麦克风连接器连接到当前登录用户“tester”（即“自己”）麦克风设备。如果连接成功，多媒体管理器将会触发AudioCaptured事件，我们通过这个事件来截获音频数据。

（4）处理采集到的音频数据，并显示结果 

        void multimediaManager_AudioCaptured(byte[] data)
        {
            double[] wave = new double[data.Length / 2];
            int h = 0;
            for (int i = 0; i < wave.Length; i += 2)
            {
                wave[h] = (double)BitConverter.ToInt16(data, i); //采样位数为16bit
                ++h;
            }

            double[] res = FourierTransformer.FFTDb(wave);

            double kk = 0;
            foreach (double dd in res)
            {
                kk += dd;
            }
            if (kk < 0)
            {
                kk = 0;
            }
            this.showResult(kk / res.Length);
        }
        
        private void showResult(double rs)
        {
            if (this.InvokeRequired)
            {
                this.BeginInvoke(new CbGeneric<double>(this.showResult), rs);
            }
            else
            {
                int rss = (int)(rs * 2);
                   if (rss < 40)
                {
                    rss = 40;
                }
                if (rss > 100)
                {
                    rss = 100;
                }

                this.progressBar1.Value = rss;
            }
        }

注意：由于OMCS音频采样的位数为16bit，这样，一个单位的语音样本的字节数为2个字节。所以，傅立叶变换前，先要将原始的PCM数据（byte[]）转为Int16的数组。

在显示分贝强度时，我偷了下懒，直接使用了ProgressBar控件，体验不是很好，勉强能表达出意思吧。

3.Demo程序

    源码下载。