Измерение амплитуды живого микрофона в С#

Ответ 1

Я считаю, что самый простой путь - использовать старый мультимедийный API Windows, потому что он действительно прямой.

Здесь ссылка на MSDN: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd743586(v=VS.85).aspx

Что вы делаете, так это то, что вы используете функцию waveInOpen для получения устройства ввода. Чтобы выяснить, какое устройство использовать, вы не перечисляете все устройства, но можете запрашивать каждый и один из них. Количество установленных устройств возвращается при вызове waveInGetNumDevs. Затем вы можете вызвать waveInGetDevCaps для каждого устройства и проверить эти свойства.

Когда у вас есть дескриптор вашего устройства, вы повторно вызываете waveInAddBuffer для получения небольших фрагментов данных. В зависимости от формата, указанного во время waveInOpen, байты представляют необработанные аудиоданные. Амплитуда в 8 или 16-битной записи или неизображении с определенной частотой.

Затем вы можете применить скользящее среднее для сглаживания сигнала и просто распечатать его.

У С# нет звукового API, о котором я знаю, поэтому вы используете P/Invoke для доступа к функциям API Win32. Это довольно прямолинейно, вам нужно только переносить небольшие версии заголовков Win32, чтобы иметь возможность напрямую их вызывать из С#.

Если вы более хардкор, вы можете написать библиотеку обертки в С++/CLI. Это не так уж плохо от идеи, потому что она позволяет вам использовать существующие файлы заголовков Windows C/С++ и смешивать С++ и управляемый код с интересными способами. Просто будьте осторожны с неуправляемыми ресурсами, и вы мгновенно получите очень мощную библиотеку возможностей.

Но есть и более продвинутые аудио API, начиная с Windows Vista, компонентов Windows Core Audio, которые могут быть более интересными дальше по линии. Но для базовой операции ввода-вывода мультимедийные функции Windows быстрее выведут вас туда.

Я использовал эти функции в ряде случаев при создании простых программных синтезаторов. К сожалению, код давно ушел.

Ответ 2

Я рекомендую SlimDX, так как он должен работать практически с любой версией Windows (x86 или x64) и обеспечивает большинство функций и гибкость. Однако, это боль, чтобы встать и работать, поскольку нет хороших полных образцов кода. Я написал класс-оболочку, чтобы упростить его использование, хотя это можно так назвать (я протестировал этот код на Win7 x64):

    public void CaptureAudio()
    {
        using (var source = new SoundCardSource())
        {
            source.SampleRateKHz = 44.1;
            source.SampleDataReady += this.OnSampleDataReady;
            source.Start();

            // Capture 5 seconds of audio...
            Thread.Sleep(5000);

            source.Stop();
        }
    }

    private void OnSampleDataReady(object sender, SampleDataEventArgs e)
    {
        // Do something with e.Data short array on separate thread...
    }

Вот источник для класса оболочки SlimDX:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using SlimDX.DirectSound;
using SlimDX.Multimedia;

public class SampleDataEventArgs : EventArgs
{
    public SampleDataEventArgs(short[] data)
    {
        this.Data = data;
    }

    public short[] Data { get; private set; }
}

public class SoundCardSource : IDisposable
{
    private volatile bool running;
    private int bufferSize;
    private CaptureBuffer buffer;
    private CaptureBufferDescription bufferDescription;
    private DirectSoundCapture captureDevice;
    private WaveFormat waveFormat;
    private Thread captureThread;
    private List<NotificationPosition> notifications;
    private int bufferPortionCount;
    private int bufferPortionSize;
    private WaitHandle[] waitHandles;
    private double sampleRate;

    public SoundCardSource()
    {
        this.waveFormat = new WaveFormat();
        this.SampleRateKHz = 44.1;
        this.bufferSize = 2048;
    }

    public event EventHandler<SampleDataEventArgs> SampleDataReady = delegate { };

    public double SampleRateKHz
    {
        get 
        { 
            return this.sampleRate; 
        }

        set
        {
            this.sampleRate = value;

            if (this.running)
            {
                this.Restart();
            }
        }
    }

    public void Start()
    {
        if (this.running)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }

        if (this.captureDevice == null)
        {
            this.captureDevice = new DirectSoundCapture();
        }

        this.waveFormat.FormatTag = WaveFormatTag.Pcm; // Change to WaveFormatTag.IeeeFloat for float
        this.waveFormat.BitsPerSample = 16; // Set this to 32 for float
        this.waveFormat.BlockAlignment = (short)(waveFormat.BitsPerSample / 8);
        this.waveFormat.Channels = 1;
        this.waveFormat.SamplesPerSecond = (int)(this.SampleRateKHz * 1000D);
        this.waveFormat.AverageBytesPerSecond =
            this.waveFormat.SamplesPerSecond *
            this.waveFormat.BlockAlignment *
            this.waveFormat.Channels;

        this.bufferPortionCount = 2;

        this.bufferDescription.BufferBytes = this.bufferSize * sizeof(short) * bufferPortionCount;
        this.bufferDescription.Format = this.waveFormat;
        this.bufferDescription.WaveMapped = false;

        this.buffer = new CaptureBuffer(this.captureDevice, this.bufferDescription);

        this.bufferPortionSize = this.buffer.SizeInBytes / this.bufferPortionCount;
        this.notifications = new List<NotificationPosition>();

        for (int i = 0; i < this.bufferPortionCount; i++)
        {
            NotificationPosition notification = new NotificationPosition();
            notification.Offset = this.bufferPortionCount - 1 + (bufferPortionSize * i);
            notification.Event = new AutoResetEvent(false);
            this.notifications.Add(notification);
        }

        this.buffer.SetNotificationPositions(this.notifications.ToArray());
        this.waitHandles = new WaitHandle[this.notifications.Count];

        for (int i = 0; i < this.notifications.Count; i++)
        {
            this.waitHandles[i] = this.notifications[i].Event;
        }

        this.captureThread = new Thread(new ThreadStart(this.CaptureThread));
        this.captureThread.IsBackground = true;

        this.running = true;
        this.captureThread.Start();
    }

    public void Stop()
    {
        this.running = false;

        if (this.captureThread != null)
        {
            this.captureThread.Join();
            this.captureThread = null;
        }

        if (this.buffer != null)
        {
            this.buffer.Dispose();
            this.buffer = null;
        }

        if (this.notifications != null)
        {
            for (int i = 0; i < this.notifications.Count; i++)
            {
                this.notifications[i].Event.Close();
            }

            this.notifications.Clear();
            this.notifications = null;
        }
    }

    public void Restart()
    {
        this.Stop();
        this.Start();
    }

    private void CaptureThread()
    {
        int bufferPortionSamples = this.bufferPortionSize / sizeof(float);

        // Buffer type must match this.waveFormat.FormatTag and this.waveFormat.BitsPerSample
        short[] bufferPortion = new short[bufferPortionSamples];
        int bufferPortionIndex;

        this.buffer.Start(true);

        while (this.running)
        {
            bufferPortionIndex = WaitHandle.WaitAny(this.waitHandles);

            this.buffer.Read(
                bufferPortion,
                0,
                bufferPortionSamples,
                bufferPortionSize * Math.Abs((bufferPortionIndex - 1) % bufferPortionCount));

            this.SampleDataReady(this, new SampleDataEventArgs(bufferPortion));
        }

        this.buffer.Stop();
    }

    public void Dispose()
    {
        this.Dispose(true);
        GC.SuppressFinalize(this);
    }

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (disposing)
        {
            this.Stop();

            if (this.captureDevice != null)
            {
                this.captureDevice.Dispose();
                this.captureDevice = null;
            }
        }
    }
}

Он полностью многопоточный, чтобы минимизировать задержку. Я изначально написал его для инструмента анализа обработки сигналов в реальном времени и вместо него использовал выходной поток, но я изменил образец кода в соответствии с запрошенным вами использованием. Если вам нужны данные частоты, я бы использовал http://www.mathdotnet.com/Neodym.aspx или http://www.exocortex.org/dsp/ для хорошей библиотеки С# FFT.