基于MATLAB的GUI（Graphical User Interface）音频实时显示设计

Posted 2020-06-18 warmbeast

摘要：本文章的设计主要讲基于matlab的gui音频实时显示设计，此次设计的gui相当于一个简洁的音乐播放器，界面只有”录音“和”播放“两个控件，哈哈，够简洁吧。通过”录音“按钮可以实现声音从电脑的声卡录入，并且实时显示录入声音的时域图形和频域图形；待录音结束，通过”播放“按钮可以播放刚录入的声音，并且一边播放一遍实时显示时域和频域图形。本设计的编码在matlab2013a上亲测，可以实现。。。

 

一、首先matlab的gui界面设计

打开matlab—>在命令行执行guide—>出现gui编辑界面，选择一个默认的空白模板—>在界面上添加两个坐标轴axes1、axes2，再添加两个push_button,和两个text—>调整好位置，将两个按钮tag改名为录音和播放，将两个text改为时域波形和频域波形，这样简单的界面就做好了，想要美观一些，可以自己再编辑。

二、设计好gui界面保存后就会自动生成一个.fig的文件和一个.m的文件，两个文件不要丢失，下次可以通过运行.m文件来打开界面，实现功能。设计好的界面如下图所示

                                                                     

打开.m的文件，里面可以看到图形设计的主函数function varargout = yin(varargin)，打开函数function yin_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)和输出函数function varargout = yin_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)，至于这些函数里面是什么意思，可以参考园子里一位园友“技术蛀虫”的关于matlab的文章，讲的非常好。总之设计好界面后，生成的.m文件里会自动生成这些函数，此外还会生成你所加控件的回调函数callback，在相应的回调函数里加入代码后，点击界面上相应按钮时就会实现代码的功能。编写回调函数是非常重要的一步，这决定界面按钮能不能实现相应的功能。

三、回调函数的编写

这个gui的设计要编写的回调函数只有两个，分别为“录音”和“播放”两个按钮，不用实现功能的按钮就不用在.m文件中编写。编写控件的回调函数的方法有两种，一是直接打开.m文件在相应的回调函数名下编写或者修改。另一种是在制作gui界面的时候，在界面上相应的控件上右击，然后在“view callback”选项中编写并保存。下面开始编写两个控件的回调函数：

录音按钮的功能是：按下时，实时从声卡录入音频，并实时显示时域和频域的波形，先判断当前窗口句柄的isrecording的值，然后执行if语句，当isrecording值为0时，执行if下的语句，调用record（gcf,handles)函数，record函数我会另外写出来，运行的时候把它们放在同一个文件夹下就可以了。当isrecording为1时，表示当前窗口正在运行，表示在录音，这时按下这个按钮，就会执行else，将isrecording设置为0，从而停止录音。所以录音按钮第一次按下开始录音，第二次按下停止录音，都是通过设置isrecording的值实现。为了保证在界面刚打开的时候，为停止录音的状态，我们需要在打开函数function yin_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)中添加setappdata(gcf,‘isrecording‘,0)命令，即一开始设置isrecording为0；

% --- Executes on button press in pushbutton1.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
isrecording=getappdata(gcf,‘isrecording‘);
if ~isrecording
setappdata(gcf,‘isrecording‘,1);
recorder(gcf,handles);
else
setappdata(gcf,‘isrecording‘,0);
end

附上record函数的代码：（record函数的作用是建立声卡对象，控制声卡实现录音，并对录音的数据进行实时的时域和频域显示）

function aa= recorder(cf,handles)
%RECORDER Summary of this function goes here
% Detailed explanation goes here
% h=figure(soundrec);

h=cf;
thehandles=handles;
setappdata(h,‘isrecording‘,1);

Ai=analoginput(‘winsound‘); % 创建一个模拟信号输入对象
% 添加通道
addchannel(Ai,1);
Ai.SampleRate=10000; % 采样频率
Ai.SamplesPerTrigger=Inf; % 采样数

 

start(Ai); % 开启采样
warning off % 当采样数据不够时，取消警告
while isrunning(Ai) % 检查对象是否仍在运行
if getappdata(h,‘isrecording‘)
data=peekdata(Ai,Ai.SampleRate/2);% 获取对象中的最后Ai.SampleRate个采样数据
plot(thehandles.axes1,data) % 绘制最后Ai.SampleRate个采样数据的图形，因此表现出来就是实时的了
set(handles.axes1,‘ylim‘,[-1 1],‘xlim‘,[0 5000]);
y1=fft(data,2048); %对信号做2048点FFT变换
f=Ai.SampleRate*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,‘g‘) %做原始语音信号的FFT频谱图
set(handles.axes2,‘ylim‘,[0 10],‘xlim‘,[100 250]);%设置handles.axes2的横纵坐标范围
drawnow; % 刷新图像
else
stop(Ai);
num=get(Ai,‘SamplesAvailable‘);
aa=getdata(Ai,num);
axes(thehandles.axes1);
plot(thehandles.axes1,aa) % 绘制所有采样数据的图形

y1=fft(data,2048); %对信号做2048点FFT变换
f=Ai.SampleRate*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,‘g‘) %做原始语音信号的FFT频谱图
drawnow; % 刷新图像
setappdata(h,‘sounds‘,aa);
end
end

end

播放按钮的功能是：按下时，播放已经录入的音频，并实时显示频谱，这就需要自己设计记录音频播放的位置，这样才能使在循环内每次音频的播放位置正确，记录位置通过计时来实现，记录的时间差time转换为以秒为单位得到s,再通过s*fs来得到采样了多少个点，从而得到采样点的位置，并且限制每次处理5000个采样点，在时域波形上刷新显示；而频域的计算则是每次取2048个采样点进行fft变换。

% --- Executes on button press in pushbutton2.

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global ad fs yp y ;
y=getappdata(gcf,‘sounds‘);
fs=10000;
ad=analogoutput(‘winsound‘);%建立以声卡作为输入输出对象
addchannel(ad,1);
set(ad,‘samplerate‘,fs);
putdata(ad,y);
handles.ad=ad;
guidata(hObject, handles);%更新图形句柄
start(ad);
T=clock;
pause(0.1);
while isrunning(ad)
T1=clock;
time=T1-T;%计算时间差
s=3600*time(4)+60*time(5)+time(6);
if(round(s*fs+5000)<length(y))
yp=y(round(s*fs):round(s*fs+5000));%round函数取距离最近的整数
plot(handles.axes1,yp);
set(handles.axes1,‘ylim‘,[-1 1],‘xlim‘,[0 5000]);
y1=fft(yp,2048);
f=fs*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,‘g‘) %做原始语音信号的FFT频谱图
set(handles.axes2,‘ylim‘,[0 10],‘xlim‘,[100 250]);%设置handles.axes2的横纵坐标范围
drawnow;
end
end

四、至此，整个设计就已经完成了，虽然界面简单，但是完美实现了所需的功能，本人小白，如有错误请大神们指点。完整的代码文件也将上传，大家相互交流，共同进步！