如何渲染音频波形？

Question

1. 是否有任何與音訊/程式設計相關的堆疊交換網站？
2. 我正在嘗試在WinForms中製作波形。
3. 我應該使用什麼演算法？

例如，如果每個像素（垂直線）有200個樣本，我應該繪製那部分200個樣本中最低和最高的樣本嗎？還是應該繪製低位和高位樣本的平均值？也許用不同的顏色繪製兩者都可以？

- apocalypse

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这背后并没有太多的算法。你有数字，来自音频文件的样本。用一条线连接这些点。折线是最好的选择。颜色和缩放完全取决于你的喜好。 - Hans Passant

是的，但仅当您使用非常大的缩放时才有效。如果每个像素有很多样本，则需要选择不同的解决方案。 - apocalypse

为什么不对样本进行采样 - 每个像素选择一个？如果您缩小到足够远，以至于200个样本由单个像素表示，我不确定知道范围内的最小和最大值有多有用。这就是放大的作用。 - anton.burger

如果我使用最小/最大样本，我可以轻松地看到模拟录音中可能存在的最高/最低值等错误。如果我将样本用作样本，我将看不到任何有趣的东西。如果我使用平均值，所有轨道看起来都很相似。 - apocalypse

这个问题之前已经被问过并在这里得到了回答。这是我给出的答案。http://stackoverflow.com/questions/11091924/drawing-waveform-converting-to-db-squashes-it/11104418 请尝试更多搜索。 - Bjorn Roche

Answer 1

这将帮助您使用C#中的nAudio从音频文件生成波形...

using NAudio.Wave;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Web;
using System.Web.UI;
using System.Web.UI.WebControls;

public partial class test : System.Web.UI.Page
{
    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
    {
    string strPath = Server.MapPath("audio/060.mp3");
    string SongID = "2";
    byte[] bytes = File.ReadAllBytes(strPath);
    WriteToFile(SongID,strPath, bytes);
    Response.Redirect("Main.aspx");
    }

private void WriteToFile(string SongID, string strPath, byte[] Buffer)
{
    try
    {
        int samplesPerPixel = 128;
        long startPosition = 0;
        //FileStream newFile = new FileStream(GeneralUtils.Get_SongFilePath() + "/" + strPath, FileMode.Create);
        float[] data = FloatArrayFromByteArray(Buffer);

        Bitmap bmp = new Bitmap(1170, 200);

        int BORDER_WIDTH = 5;
        int width = bmp.Width - (2 * BORDER_WIDTH);
        int height = bmp.Height - (2 * BORDER_WIDTH);

        NAudio.Wave.Mp3FileReader reader = new NAudio.Wave.Mp3FileReader(strPath, wf => new NAudio.FileFormats.Mp3.DmoMp3FrameDecompressor(wf));
        NAudio.Wave.WaveChannel32 channelStream = new NAudio.Wave.WaveChannel32(reader);

        int bytesPerSample = (reader.WaveFormat.BitsPerSample / 8) * channelStream.WaveFormat.Channels;

        using (Graphics g = Graphics.FromImage(bmp))
        {

            g.Clear(Color.White);
            Pen pen1 = new Pen(Color.Gray);
            int size = data.Length;

            string hexValue1 = "#009adf";
            Color colour1 = System.Drawing.ColorTranslator.FromHtml(hexValue1);
            pen1.Color = colour1;

            Stream wavestream = new NAudio.Wave.Mp3FileReader(strPath, wf => new NAudio.FileFormats.Mp3.DmoMp3FrameDecompressor(wf));

            wavestream.Position = 0;
            int bytesRead1;
            byte[] waveData1 = new byte[samplesPerPixel * bytesPerSample];
            wavestream.Position = startPosition + (width * bytesPerSample * samplesPerPixel);

            for (float x = 0; x < width; x++)
            {
                short low = 0;
                short high = 0;
                bytesRead1 = wavestream.Read(waveData1, 0, samplesPerPixel * bytesPerSample);
                if (bytesRead1 == 0)
                    break;
                for (int n = 0; n < bytesRead1; n += 2)
                {
                    short sample = BitConverter.ToInt16(waveData1, n);
                    if (sample < low) low = sample;
                    if (sample > high) high = sample;
                }
                float lowPercent = ((((float)low) - short.MinValue) / ushort.MaxValue);
                float highPercent = ((((float)high) - short.MinValue) / ushort.MaxValue);
                float lowValue = height * lowPercent;
                float highValue = height * highPercent;
                g.DrawLine(pen1, x, lowValue, x, highValue);

            }
        }

        string filename = Server.MapPath("image/060.png");
        bmp.Save(filename);
        bmp.Dispose();

    }
catch (Exception e)
    {

    }
}
public float[] FloatArrayFromStream(System.IO.MemoryStream stream)
{
    return FloatArrayFromByteArray(stream.GetBuffer());
}

public float[] FloatArrayFromByteArray(byte[] input)
{
    float[] output = new float[input.Length / 4];
    for (int i = 0; i < output.Length; i++)
    {
        output[i] = BitConverter.ToSingle(input, i * 4);
    }
    return output;
}

}

- Illaya

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谢谢，但这个问题有点旧了 :) 我已经完成了我的应用程序。http://i.imgur.com/DfAkGrv.png - apocalypse

嘿@zgnilec，我需要你的帮助。我也在尝试和你开发一样的东西。你能帮我完成吗？我只完成了波形生成。我还需要做缩放功能和在波形上移动线条。帮帮我。 - Illaya

然后通过电子邮件与我联系。我稍后会回答，因为我现在正在工作。 - apocalypse

multiverse at inbox dot com。发送您的所有问题。 - apocalypse

让我们在聊天中继续这个讨论：http://chat.stackoverflow.com/rooms/41870/discussion-between-illaya-and-zgnilec - Illaya

Answer 2

1. 尝试访问dsp.stackexchange.com

2. 每像素200个样本时，有几种方法可尝试。无论您选择什么方法，最好将每条垂直线都绘制在0的上方和下方，即分别处理正样本值和负样本值。可能最简单的是只计算RMS。在这样低的分辨率下，峰值通常会给您提供一个误导波形的表示。

- Redeye

Answer 3

您可以从代码项目中使用AudioControl。

并查看这个：在C#中生成各种音频波形

如果您要实现原始代码，这些项目可能对您有用：

• 高速、功能丰富且易于使用的图表
• 还有这个

- Ria

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那个项目还没有完成，作者说有时会导致错误。我需要构建更高级的东西。我试图将我的输出与Audacity波形进行比较，看起来非常相似。然而，我需要从Stack Overflow得到一些建议。 - apocalypse

Answer 4

如果有人遇到这个问题：

您可以将每像素样本视为缩放级别，在更高级别（缩小更多）上，您可能希望出于性能原因对其进行子采样。

您很可能希望有一个适合屏幕的固定宽度来绘制，并使用虚拟滚动（这样您就不会有数百万像素的绘图区域）。

您可以通过迭代音频数据并使用以下公式计算每个像素的值：跳过（滚动位置*每像素样本）+（像素*每像素样本）获取每像素样本。 这允许以高效的无限缩放和滚动方式进行操作，因为您只读取和绘制填充视图所需的最小量。 滚动宽度是通过音频数据长度/每像素样本计算的。

音频样本通常以两种方式显示，即样本范围的峰值或rms值。 rms值通过将样本范围内所有值的平方求和，将总和除以样本长度，rms值是其平方根（rms略高于平均值，是感知响度的良好指标）。

您可以通过多种方式提高性能，例如增加子采样（导致失去细节），限制滚动和使绘图请求可取消，以防在渲染之前出现新的滚动。

- David Sherman

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那么当你缩放时，你是跳过音频样本，对吗？例如，如果你处于2倍缩放状态，你会读取每个偶数音频样本并跳过奇数样本。这种方法存在许多问题，例如使用100倍因子进行下采样效果不佳。一种方法是在多个缩放级别上构建样本，但这又会消耗大量内存和启动时间。 - Deepak Sharma

Answer 5

只是为了记录，如果你想让音频文件填满输出图像的宽度

samplesPerPixel = (reader.Length / bytesPerSample) / width ;

- Moshe L