C# 中的实时麦克风幅度测量

Question

我正在寻找简单的解决方案，它将返回 C# 中麦克风输入的整数值。我已经在网上检查了可用的示例，但它们都不能在 x64 环境中工作。 （VS2008 + W7 x64）。

是否有任何简单的解决方案可以返回 C# 中麦克风输入的幅度（或频率）值？

我尝试了 NAudio 但没有结果，如下： http://www. codeproject.com/KB/audio-video/cswavrec.aspx?msg=2155497 运气不好。

Answer 1

我认为最简单的方法是使用旧的 Windows 多媒体 API，因为它非常简单。

以下是 MSDN 的链接：http://msdn。 microsoft.com/en-us/library/dd743586(v=VS.85).aspx

您所做的就是使用 waveInOpen 函数获取输入设备。要确定要使用的设备，您无需枚举所有设备，但可以查询其中的每一个设备。已安装设备的数量通过调用waveInGetNumDevs返回。然后，您可以为每个设备调用waveInGetDevCaps并检查这些属性。

当您拥有设备句柄后，您可以重复调用waveInAddBuffer来获取小块数据。根据您在 waveInOpen 期间指定的格式，字节表示原始音频数据。以某个频率采样的 8 或 16 位有符号或无符号幅度。

然后，您可以应用滚动平均值来平滑信号并打印出来。

据我所知，C# 没有完善的 API，因此您要做的就是使用 P/Invoke 来获取 Win32 API 函数。这相当简单，您只需移植 Win32 标头的小版本即可直接从 C# 调用它们。

如果您更顽固，您可以用 C++/CLI 编写包装器库。这并不是一个坏主意，因为它允许您使用现有的 Windows C/C++ 头文件并以有趣的方式混合 C++ 和托管代码。只要小心非托管资源，您很快就会拥有一个非常强大的 intropability 库。

但从 Windows Vista 开始，还有更高级的音频 API，Windows Core Audio 组件可能会更有趣。但对于基本的 I/O 操作，Windows 多媒体功能将使您更快地实现。

在构建简单的软件合成器时，我曾多次使用过这些函数。遗憾的是，该代码早已不复存在。

Answer 2

我推荐 SlimDX，因为它几乎可以在任何版本的 Windows（x86 或 x64）上运行，并提供最多的功能和灵活性。然而，由于没有好的完整代码示例，启动和运行起来很痛苦。我编写了一个包装类来简化其使用，因此可以像这样调用它（我在 Win7 x64 上测试了此代码）：

    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...
    }

这是 SlimDX 包装类的源代码：

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;
            }
        }
    }
}

它是完全多线程的，以最大限度地减少延迟。我最初编写它是为了实时信号处理分析工具，并使用浮点输出而不是短输出，但我修改了代码示例以匹配您请求的用法。如果您需要频率数据，我会使用 http://www.mathdotnet.com/Neodym.aspx或 http://www.exocortex.org/dsp/ 以获得良好的 C# FFT 库。