iOS 音量柱的实现(mic 采集的声音DB反映成音量柱)

需求 : APP 将麦克风采集到的声音(Audio Queue / Audio Unit) 通过公式转换成DB然后在界面中显示出来可实时检测DB变化。

流程：

• 配置Audio 初始化参数，必须使用Audio Queue 或 Audio Unit
  采集声音。
• 在Audio Queue 或 Audio Unit 采集声音的回调中将声音数据转为DB。
• 将拿到每一帧声音的DB值传给主控制器的UI以反映声音的变化

最终的效果如下，黄色柱形会反映声音DB的变化：

音量柱的实现

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GitHub地址(附代码) : 音量柱的实现

简书地址 : 音量柱的实现

博客地址 : 音量柱的实现

掘金地址 : 音量柱的实现

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注意点

• 经过测试如果使用Audio Unit的方式采集声音， 由于设置的声音级别是audioUnit.componentSubType = kAudioUnitSubType_VoiceProcessingIO; 而采集到的声音数据从512开始变得不正常，数据格外大，非正常范围数据，所以我们从512开始不处理后面的数据。下文有具体说明
• 如果是采用Audio Queue计算的数据则不需要额外处理

具体实现

1.初始化Audio Queue / Audio Unit 采集声音，这里不做说明，如有问题可参考Audio Queue/ Audio Unit 采集声音

2.在采集声音回调中将声音数据转为声音的DB值。

以Audio Unit 为例，在回调中处理如下

#pragma mark - AudioUnit
static OSStatus RecordCallback(void *inRefCon,
                               AudioUnitRenderActionFlags *ioActionFlags,
                               const AudioTimeStamp *inTimeStamp,
                               UInt32 inBusNumber,
                               UInt32 inNumberFrames,
                               AudioBufferList *ioData) {

    XDXRecorder *recorder = (XDXRecorder *)inRefCon;
    
    // 将回调数据传给_buffList
    AudioUnitRender(recorder->_audioUnit, ioActionFlags, inTimeStamp, inBusNumber, inNumberFrames, recorder->_buffList);
    
    void    *bufferData = recorder->_buffList->mBuffers[0].mData;
    UInt32   bufferSize = recorder->_buffList->mBuffers[0].mDataByteSize;
    //    printf("Audio Recoder Render dataSize : %d \n",bufferSize);
    
    float channelValue[2];
    caculate_bm_db(bufferData, bufferSize, 0, k_Mono, channelValue,true);
    recorder.volLDB = channelValue[0];
    recorder.volRDB = channelValue[1];

根据声音的计算公式dB=20∗log(A)→A=pow(10,(db/20.0))，我们对回调中传来的声音数据进行处理，这里需要注意的是，经过测试如果使用Audio Unit的方式采集声音， 由于设置的声音级别是audioUnit.componentSubType = kAudioUnitSubType_VoiceProcessingIO; 而采集到的声音数据从512开始变得不正常，数据格外大，非正常范围数据，所以我们从512开始不处理后面的数据，具体原因可能是因为Audio Unit的kAudioUnitSubType_VoiceProcessingIO分类做了一些声音的消除回声等优化导致数据和正常数据略有不同，在AudioQueue中并不存在这样的情况。

我们的APP中使用的是单声道，遍历声音数据，如下我们通过遍历每一帧完整的声音数据(audioData)找到其中最大的值(max)来对它进行处理,处理后的数据按照公式可得到一个声音的DB值(-40 - 0)

void caculate_bm_db(void * const data ,size_t length ,int64_t timestamp, ChannelCount channelModel,float channelValue[2],bool isAudioUnit) {
    int16_t *audioData = (int16_t *)data;
    
    if (channelModel == k_Mono) {   // 单声道
        int     sDbChnnel     = 0;
        int16_t curr          = 0;
        int16_t max           = 0;
        size_t traversalTimes = 0;
        
        if (isAudioUnit) {
            traversalTimes = length/2;// 由于512后面的数据显示异常  需要全部忽略掉
        }else{
            traversalTimes = length;
        }
        
        for(int i = 0; i< traversalTimes; i++) {
            curr = *(audioData+i);
            if(curr > max) max = curr;
        }
        
        if(max < 1) {
            sDbChnnel = -100;
        }else {
            sDbChnnel = (20*log10((0.0 + max)/32767) - 0.5);
        }
        
        channelValue[0] = channelValue[1] = sDbChnnel;
        
    } else if (channelModel == k_Stereo){   // 立体声
        int sDbChA = 0;
        int sDbChB = 0;
        
        int16_t nCurr[2] = {0};
        int16_t nMax[2] = {0};
        
        for(unsigned int i=0; i<length/2; i++) {
            nCurr[0] = audioData[i];
            nCurr[1] = audioData[i + 1];
            
            if(nMax[0] < nCurr[0]) nMax[0] = nCurr[0];
            
            if(nMax[1] < nCurr[1]) nMax[1] = nCurr[0];
        }
        
        if(nMax[0] < 1) {
            sDbChA = -100;
        } else {
            sDbChA = (20*log10((0.0 + nMax[0])/32767) - 0.5);
        }
        
        if(nMax[1] < 1) {
            sDbChB = -100;
        } else {
            sDbChB = (20*log10((0.0 + nMax[1])/32767) - 0.5);
        }
        
        channelValue[0] = sDbChA;
        channelValue[1] = sDbChB;
    }
}

3.将拿到的DB值反映到UI界面上

• 自定义音量柱的View类

我们在这里使用CALayer来实现音量柱的变化，使用CALayer的好处是其底层自动做了动画的处理，所以当我们连续对其设置不同的DB值在UI上变化是连续的。具体UI的处理可在XDXVolumeView.m中查看。

• 在主控制器中开启定时器设置每隔0.25s更新一次UI，这样可以保证音量柱连续变化
• 注意：我们将拿到的声音DB值(-40 - 0)转为0 - 40方便UI的显示