一、数字音频基础知识



Fourier级数：


任何周期的波形可以分解成多个正弦波，这些正弦波的频率都是整数倍。级数中其他正线波的频率是基础频率的整数倍。基础频率称为一级谐波。



PCM:


pulse code modulation,脉冲编码调制，即对波形按照固定周期频率采样。为了保证采样后数据质量，采样频率必须是样本声音最高频率的两倍，这就是Nyquist频率。


样本大小：采样后用于存储振幅级的位数，实际就是脉冲编码的阶梯数，位数越大表明精度越高，这一点学过数字逻辑电路的应该清楚。



声音强度：


波形振幅的平方。两个声音强度上的差常以分贝(db)为单位来度量，



计算公式如下：


20*log(A1/A2)分贝。A1,A2为两个声音的振幅。如果采样大小为8位，则采样的动态范围为20*log(256)分贝=48db。如果样本大小为16位，则采样动态范围为20*log(65536)大约是96分贝，接近了人听觉极限和痛苦极限，是再线音乐的理想范围。windows同时支持8位和16位的采样大小。



二、相关API函数，结构，消息


对于录音设备来说，windows 提供了一组wave***的函数，比较重要的有以下几个：



打开录音设备函数


MMRESULT waveInOpen(


 LPHWAVEIN phwi,      //输入设备句柄


 UINT uDeviceID,      //输入设备ID


 LPWAVEFORMATEX pwfx,    //录音格式指针


 DWORD dwCallback,     //处理MM_WIM_***消息的回调函数或窗口句柄，线程ID


 DWORD dwCallbackInstance, 


 DWORD fdwOpen       //处理消息方式的符号位


);


为录音设备准备缓存函数


MMRESULT waveInPrepareHeader( HWAVEIN hwi, LPWAVEHDR pwh, UINT bwh ); 


给输入设备增加一个缓存


MMRESULT waveInAddBuffer( HWAVEIN hwi, LPWAVEHDR pwh, UINT cbwh ); 


开始录音


MMRESULT waveInStart( HWAVEIN hwi ); 


清除缓存


MMRESULT waveInUnprepareHeader( HWAVEIN hwi,LPWAVEHDR pwh, UINT cbwh); 


停止录音


MMRESULT waveInReset( HWAVEIN hwi ); 


关闭录音设备


MMRESULT waveInClose( HWAVEIN hwi ); 


Wave_audio数据格式


typedef struct {


  WORD wFormatTag; //数据格式，一般为WAVE_FORMAT_PCM即脉冲编码


  WORD nChannels; //声道


  DWORD nSamplesPerSec; //采样频率


  DWORD nAvgBytesPerSec; //每秒数据量


  WORD nBlockAlign;


  WORD wBitsPerSample;//样本大小


  WORD cbSize;


} WAVEFORMATEX; 


waveform-audio 缓存格式　


typedef struct {


  LPSTR lpData; //内存指针


  DWORD dwBufferLength;//长度


  DWORD dwBytesRecorded; //已录音的字节长度


  DWORD dwUser;


  DWORD dwFlags;


  DWORD dwLoops; //循环次数


  struct wavehdr_tag * lpNext;


  DWORD reserved;


} WAVEHDR; 


相关消息　


MM_WIM_OPEN:打开设备时消息，在此期间我们可以进行一些初始化工作


MM_WIM_DATA：当缓存已满或者停止录音时的消息，处理这个消息可以对缓存进行重新分配，实现不限长度录音


MM_WIM_CLOSE：关闭录音设备时的消息。


相对于录音来说，回放就简单的多了，用到的函数主要有以下几个：


打开回放设备　


MMRESULT waveOutOpen(


 LPHWAVEOUT phwo,     


 UINT uDeviceID,      


 LPWAVEFORMATEX pwfx,   


 DWORD dwCallback,     


 DWORD dwCallbackInstance, 


 DWORD fdwOpen       


); 


为回放设备准备内存块　


MMRESULT waveOutPrepareHeader(


 HWAVEOUT hwo, 


 LPWAVEHDR pwh,


 UINT cbwh   


);


写数据（放音）　


MMRESULT waveOutWrite(


 HWAVEOUT hwo, 


 LPWAVEHDR pwh,


 UINT cbwh   


);


相应的也有三个消息，用法跟录音的类似：



三、程序设计



一个录音程序的简单流程： 打开录音设备waveInOpen===>准备wave数据头waveInPrepareHeader===>


准备数据块waveInAddBuffer===>开始录音waveInStart===>停止录音(waveInReset) ===>


关闭录音设备(waveInClose)


当开始录音后当buffer已满时，将收到MM_WIM_DATA消息，处理该消息可以保存已录好数据。



回放程序比这个要简单的多：　打开回放设备waveOutOpen===>准备wave数据头waveOutPrepareHeader===>写wave数据waveOutWrite===>


停止放音(waveOutRest) ===>关闭回放设备(waveOutClose)


如何处理MM消息： MSDN告诉我们主要有 CALLBACK_FUNCTION、CALL_BACKTHREAD、CALLBACK_WINDOW 三种方式，常用的是


Thread,window方式。


线程模式


waveInOpen(&hWaveIn,WAVE_MAPPER,&waveform,m_ThreadID,NULL,CALLBACK_THREAD)，我们可以继承MFC的CwinThread类，只要相应的处理线程消息即可。


MFC线程消息的宏为：



  ON_THREAD_MESSAGE,


可以这样添加消息映射：   ON_THREAD_MESSAGE(MM_WIM_CLOSE, OnMM_WIM_CLOSE) 


窗口模式


类似于线程模式，参见源程序即可。