java - java中如何计算音频信号的分贝并录制音频？

Question

public TargetDataLine targetDataLine;
private static AudioFormat getAudioFormat() 
{
        return new AudioFormat(16000, 16, 2, true, false);
}
AudioFormat a = getAudioFormat();
DataLine.Info info = new DataLine.Info(TargetDataLine.class, a);
targetDataLine = (TargetDataLine) AudioSystem.getLine(info);
targetDataLine.open(a);
targetDataLine.start();
AudioInputStream ais = new AudioInputStream(targetDataLine); 
AudioSystem.write(ais, AudioFileFormat.Type.WAVE, new File("record.wav"));

1. 如何同时计算音频的分贝数？
2. 如何计算现有 wav 文件的分贝？

Answer 1

假设一:您希望在录制结束时处理并保存数据。

• 使用 TargetDataLine.read() 将数据读入临时短缓冲区
• 使用 ByteArrayOutputStream.write() 将数据写入 ByteArrayOutputStream
• 将 ByteArrayOutputStream 转换为 byte[] 数组。
• 将字节数据编码为样本
• 计算 RMS、峰值等并将其转换为分贝。
• 使用 byte[] 数组构造 ByteArrayInputStream

• 使用 AudioSystem.write() 生成音频文件

  int numBytesRead = 0;
  byte[] buffer = new byte[1024]; 
  ByteArrayOutputStream outStream = new ByteArrayOutputStream();
  boolean stopRecording = false;
  
  while (!stopRecording) {
      numBytesRead =  targetDataLine.read(buffer, 0, buffer.length);
      //short[] samples = encodeToSample(buffer, buffer.length);
      // process samples - calculate decibels
  
      if (numBytesRead > 0) {
          outStream.write(buffer, 0, numBytesRead);
      }
  }
  
  outStream.close();
  
  byte[] data = outStream.toByteArray();
  ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data);
  AudioInputStream ais = new AudioInputStream(bais, a, data.length);
  
  AudioSystem.write(ais, AudioFileFormat.Type.WAVE, new File("record.wav"));
  

假设二:您希望连续读取、处理和保存数据。

您需要一个中间类才能将 ByteArrayOutputStream 转换为 ByteArrayInputStream。在后台线程中捕获音频数据，并在另一个线程中处理并在所需数据量可用时保存数据。

编码:您可以对 byte[] 数组中的音频样本进行编码。在您的情况下，两个连续的字节产生一个样本。您将陆续获得两个 channel 的样本。如果您有任何特定于 channel 的处理，那么您需要分离每个 channel 的样本。以下代码片段可能会帮助您进行编码 -

public static short[] encodeToSample(byte[] srcBuffer, int numBytes) {
    byte[] tempBuffer = new byte[2];
    int nSamples = numBytes / 2;        
    short[] samples = new short[nSamples];  // 16-bit signed value

    for (int i = 0; i < nSamples; i++) {
        tempBuffer[0] = srcBuffer[2 * i];
        tempBuffer[1] = srcBuffer[2 * i + 1];
        samples[i] = bytesToShort(tempBuffer);
    }

    return samples;
}

public static short bytesToShort(byte [] buffer) {
    ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(2);
    bb.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    bb.put(buffer[0]);
    bb.put(buffer[1]);
    return bb.getShort(0);
}

分贝:Db 是给定电平与引用电平的对数比。例如，如果您想以 dBFS 为单位计算 RMS/Peak，以下代码片段可能会对您有所帮助。

public static void calculatePeakAndRms(short [] samples) {
    double sumOfSampleSq = 0.0;    // sum of square of normalized samples.
    double peakSample = 0.0;     // peak sample.

    for (short sample : samples) {
        double normSample = (double) sample / 32767;  // normalized the sample with maximum value.
        sumOfSampleSq += (normSample * normSample);
        if (Math.abs(sample) > peakSample) {
            peakSample = Math.abs(sample);
        }
    }

    double rms = 10*Math.log10(sumOfSampleSq / samples.length);
    double peak = 20*Math.log10(peakSample / 32767);
}