Android 频谱分析实现指南

频谱分析是一种音频信号处理技术，能帮助我们查看瞬时的频率分布。在Android中实现频谱分析，我们可以通过录音并利用FFT（快速傅里叶变换）来分析频谱。以下是实现频谱分析的基本流程和具体步骤。

实现流程

步骤 描述
1 创建Android项目
2 添加所需权限
3 实现音频录制功能
4 进行FFT分析
5 绘制频谱图形

每一步的实现

1. 创建Android项目

在Android Studio中创建一个新的项目，选择“Empty Activity”模板，并命名为“SpectrumAnalyzer”。

2. 添加所需权限

在AndroidManifest.xml中添加录音权限：

<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO"/>
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"/>

这些权限允许应用录音和写入文件。

3. 实现音频录制功能

我们需要在MainActivity.java中设置MediaRecorder来录制音频：

MediaRecorder recorder;

private void startRecording() {
    recorder = new MediaRecorder();
    recorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);
    recorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.THREE_GPP);
    recorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);
    recorder.setOutputFile(getExternalCacheDir().getAbsolutePath() + "/audio.3gp");
    
    try {
        recorder.prepare(); // 准备录音
        recorder.start(); // 开始录音
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
  • MediaRecorder用于录制音频。
  • setAudioSource() 设置音频来源，这里使用麦克风。
  • setOutputFile() 设置录音文件的存储位置。

4. 进行FFT分析

在录制的音频数据中，我们需要使用FFT进行频谱分析：

import org.jtransforms.fft.DoubleFFT_1D;

private void performFFT(double[] audioData) {
    // 创建FFT对象，并计算频谱
    DoubleFFT_1D fft = new DoubleFFT_1D(audioData.length);
    fft.realForward(audioData); // 执行快速傅里叶变换
    // audioData数组中现在存储的是整个频谱数据
}
  • 这里我们使用了jtransforms库执行FFT。需要在项目中添加依赖（implementation 'org.jtransforms:jtransforms:2.4.0'）。

5. 绘制频谱图形

要在屏幕上展示频谱，通常会使用Canvas绘图库。以下是简单示例：

public void drawSpectrum(Canvas canvas, double[] frequencies) {
    Paint paint = new Paint();
    paint.setColor(Color.GREEN);
    
    for (int i = 0; i < frequencies.length; i++) {
        float x = (float) (i * (canvas.getWidth() / frequencies.length));
        float height = (float) (frequencies[i] * canvas.getHeight());
        
        canvas.drawLine(x, canvas.getHeight(), x, canvas.getHeight() - height, paint);
    }
}
  • 这种方法逐个绘制频率的幅值以形成频谱图。

类图

classDiagram
    class MainActivity {
        +MediaRecorder recorder
        +startRecording()
        +performFFT(double[] audioData)
        +drawSpectrum(Canvas canvas, double[] frequencies)
    }

旅行图

journey
    title Android 频谱分析实现路线
    section 项目设置
      创建Android项目: 5: 开始
    section 权限配置
      添加录音及存储权限: 3: 进行中
    section 实现功能
      实现录音功能: 4: 进行中
      进行FFT分析: 4: 进行中
      绘制频谱: 4: 进行中

结尾

通过以上步骤，你将可以创建一个简单的Android频谱分析应用。这个流程提供了从项目创建到绘制频谱的基本框架。要想实现更复杂的功能，例如频谱的动态更新，你还需要定期获取音频数据并更新图形。继续探索和实践，你将掌握更多音频处理的相关技能！