「音频可视化」 波形频谱和频率直方图
1. 前言
项目中需要实现音频智能控制以及根据音乐转换色彩功能,WaveView 完全满足目前需求,完美实现需求,该库还有另外 WaveSurferView 和
FrequencyHistogramView 两个库,下面一一介绍,分享给大家。
2. 功能展示
下面这些波形、频率的计算和显示都是由纯 js 代码编写的,并未用到浏览器专有特性,因此可以方便的移植到其他语言实现,比如移植到 Android、iOS 原生实现。
3. FrequencyHistogramView 音频可视化频率直方图显示
此功能源码:frequency.histogram.view.js + lib.fft.js 12kb大小源码,音频可视化频率直方图显示;外观为上面 Gif 图最后一行,可通过参数配置绘制成不同的外观。
此扩展核心算法参考 Java 开源库 jmp123 的代码编写的,jmp123 版本 0.3;直方图我特意优化主要显示 0-5khz 语音部分,其他高频显示区域较小,不适合用来展示音乐频谱。
要获得 PCM 频率信息,需要将 PCM 由时域转换成频域,这里就用到了 FFT 算法 快速傅里叶变换,里面水很深我就没有深入研究了,这里直接用的 jmp123 里面的 FFT 实现,纯js代码实现 100 行不到。我们只管使用就 ok 了,假设有 44100hz 采样率的 16 位 PCM 数据,取 1024 个采样数据经过 FFT 变换后,会输出 512 个频率信息点,每个点之间的频率间隔为 44100/2/512=43hz,0hz 是第 1 个点,1khz 是第 1000/43个点,以此类推,最高能识别到 22050hz,有了这些频率点信息就能绘制不同频率下的音量幅度了,或者获得需要的频率分信号。
通过FFT获得了频率信息,我们就可以绘制直方图了,将所有频率点按照我们需要绘制的直方图柱子数量平均划分成频段( jmp123 里面采用的非线性划分,没看懂是什么原理,就采用更多人使用的线性划分),每个频段内取最大值并转换成音量,音量计算公式:dB=20*Math.log10(maxValue),然后计算实际的绘制高度:DrawMaxHeight * dB / MaxDB,DrawMaxHeight 是你最大绘制高度(画布高度),MaxDB 为最大音量等于 20 * Math.log10(0x7FFF)。
按照你想要的样子绘制完成后,通过实时数据驱动,一个可视化频率直方图就完工了。
4. WaveSurferView 音频可视化波形显示
此功能源码:wavesurfer.view.js,7kb 大小源码,音频可视化波形显示;外观为上面 Gif 图第二行,可通过参数配置绘制成不同的外观。
外观和名称来源于 wavesurfer.js,这个波形的绘制直接简单的使用 16 位 PCM 的采样数值大小来进行线条的绘制,同一段音频绘制出的波形和 Audition 内显示的波形外观上几乎没有差异。
由于是直接简单的用 PCM 的值大小来绘制线条,因此没有什么复杂的逻辑;对于绘制这种前进式的动画,无需每次都绘制所有线条,只需往另外一块画布上不断的在后面绘制即可,然后再绘制回显示的画布并移动位置,就能实现不断前进的动画,并且性能有保障。
5. WaveView 动态显示波形
此功能源码:waveview.js,4kb 大小源码,录音时动态显示波形;外观为上面Gif图第一行,可通过参数配置绘制成不同的外观。
这个是这个库最原始的一款可视化波形,参考 MCVoiceWave 库编写的,简单用用还可以,就是代码里面相位计算不太懂,波形的显示难控制和优化,微调一下参数波形就乱套。
别说,这个波形还是很耐看的,相比其他可视化界面各有特色吧。
6. 使用
这些可视化波形、频谱要动起来就需要实时的输入pcm数据,输入源可以是麦克风实时录音数据块,也可以是音频文件解码的实时播放数据块。
虽然目前只用在了我的H5录音库里面当做实时的音频展示,但移植到别的语言还是很轻松的,因为他们的源码都没有用到浏览器特有的东西。
7. 源码
源码包含:
GitHub Recorder 开源库
FrequencyHistogramView 音频模块
frequency.histogram.view.js
lib.fft.js
WaveSurferView 音频模块
wavesurfer.view.js
WaveView 动态显示波形模块
waveview.js
获取源码方式:
https://github.com/xiangyuecn/Recorder
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