iOS开发 录音降噪

介绍

在iOS开发中，录音是一个常见的功能需求。然而，在一些嘈杂的环境下，录音往往会受到噪音的干扰，导致录音质量下降。为了解决这个问题，我们可以使用录音降噪技术，通过算法去除噪音，提高录音的清晰度和质量。本文将介绍 iOS 开发中的录音降噪，并提供代码示例。

录音降噪原理

录音降噪的原理是通过对录音信号进行处理，去除噪音成分。具体来说，我们需要对录音信号进行频域分析，通过滤波器去除与语音信号频谱不匹配的部分，最后再将去噪后的信号合成为最终的录音结果。

录音降噪的实现

在 iOS 开发中，我们可以使用 AVAudioEngine 来实现录音降噪。AVAudioEngine 是 Apple 提供的一个强大的音频引擎，可以方便地进行音频输入、输出和处理。

首先，我们需要创建一个 AVAudioEngine 的实例，并创建一个 AVAudioPlayerNode 用于录音的输入节点和一个 AVAudioUnitTimePitch 用于音频处理。

import AVFoundation

let audioEngine = AVAudioEngine()
let audioPlayerNode = AVAudioPlayerNode()
let pitchEffect = AVAudioUnitTimePitch()

然后，我们需要为录音添加降噪效果。可以使用 Apple 提供的降噪算法，也可以自定义算法。

func applyNoiseReduction() {
    // 添加降噪效果
    let audioSession = AVAudioSession.sharedInstance()
    try? audioSession.setCategory(.playAndRecord, mode: .default, options: [.defaultToSpeaker, .allowBluetooth, .allowBluetoothA2DP])
    
    let inputNode = audioEngine.inputNode
    let format = inputNode.inputFormat(forBus: 0)
    
    // 创建一个降噪效果的描述对象
    let effectDescription = AVAudioUnitEQFilterParameters()
    effectDescription.bypass = false
    effectDescription.filterType = .parametric
    effectDescription.frequency = 1000 // 设置降噪效果的频率
    effectDescription.bandwidth = 100 // 设置降噪效果的带宽
    effectDescription.gain = 0 // 设置降噪效果的增益
    
    // 创建降噪效果的节点
    let effectNode = AVAudioUnitEQ(numberOfBands: 1)
    effectNode.bands = [effectDescription]
    
    audioEngine.attach(audioPlayerNode)
    audioEngine.attach(effectNode)
    audioEngine.connect(inputNode, to: effectNode, format: format)
    audioEngine.connect(effectNode, to: audioPlayerNode, format: format)
    
    audioEngine.prepare()
    try? audioEngine.start()
}

接下来，我们需要开始录音并实时进行降噪处理。在录音前，需要先调用 applyNoiseReduction() 方法添加降噪效果。

func startRecording() {
    applyNoiseReduction()
    
    let audioSession = AVAudioSession.sharedInstance()
    try? audioSession.setActive(true)
    
    let inputNode = audioEngine.inputNode
    let format = inputNode.inputFormat(forBus: 0)
    
    audioEngine.connect(inputNode, to: audioEngine.mainMixerNode, format: format)
    audioEngine.connect(audioEngine.mainMixerNode, to: audioPlayerNode, format: format)
    
    audioPlayerNode.scheduleFile(audioFile, at: nil, completionHandler: nil)
    audioPlayerNode.play()
}

最后，我们需要停止录音并进行清理工作。

func stopRecording() {
    audioPlayerNode.stop()
    audioEngine.stop()
    audioEngine.reset()
    
    let audioSession = AVAudioSession.sharedInstance()
    try? audioSession.setActive(false)
}

状态图

下面是录音降噪过程的状态图：

stateDiagram
    [*] --> Idle
    Idle --> ApplyingNoiseReduction: startRecording()
    ApplyingNoiseReduction --> Recording: applyNoiseReduction() 完成
    Recording --> [*]: stopRecording()

序列图

下面是录音降噪的序列图：

sequenceDiagram
    participant App
    participant