C#使用 NAudio 实现音频可视化的方法

C#使用 NAudio 实现音频可视化的方法

NAudio 是一款C#语言开发的音频处理库，可以帮助我们完成各种音频处理任务，包括音频的播放、录制、混音等操作。在本文中，我们将介绍如何使用 NAudio 实现音频可视化。

第一步：引入 NAudio 库

首先，我们需要在项目中引入 NAudio 库。在Visual Studio中，可以通过NuGet添加依赖项。

第二步：读取音频文件

在实现音频可视化之前，我们需要先读取音频文件。NAudio提供了WaveFileReader类来读取Wave格式的音频文件。

using (var reader = new WaveFileReader("path/to/audiofile.wav"))
{
    // 在这里进行音频数据的读取
}

第三步：处理音频数据

读取音频数据后，我们需要进行音频数据的处理。可以使用WaveChannel32将读取到的音频数据转换为float类型的采样数据，这样做的好处是方便之后的处理。

using (var reader = new WaveFileReader("path/to/audiofile.wav"))
using (var channel32 = new WaveChannel32(reader))
{
    // 获取音频数据
    var buffer = new float[channel32.SampleCount];
    var samplesRead = channel32.Read(buffer, 0, buffer.Length);
    // 在这里进行音频数据的处理
}

第四步：进行频域分析

音频的可视化一般是基于其频域分析的，我们可以使用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号。

using System.Numerics;

...
// 将采样数据进行傅里叶变换
var frequencyDomainData = FourierTransform.FFT(buffer, FourierTransform.Direction.Forward);
var frequencyDomainLength = frequencyDomainData.Length;
// 获取频域数据的幅度
var amplitudes = new float[frequencyDomainLength/2];
for (var i = 0; i < frequencyDomainLength/2; i++)
{
    amplitudes[i] = (float)Math.Sqrt(Math.Pow(frequencyDomainData[i].Real, 2) + Math.Pow(frequencyDomainData[i].Imaginary, 2)) / (frequencyDomainLength / 2);
}

第五步：渲染可视化图形

有了频域数据后，我们就可以开始渲染可视化图形了。NAudio提供了WPF中的AudioVisualizationElement控件，可以用来显示音频可视化图形。

以下是一个示例：

<naudio:AudioVisualizationElement x:Name="audioVisualizationElement"/>

using NAudio.Wave;
using NAudio.Wpf;

...

private void RenderVisualization(float[] amplitudes)
{
    Dispatcher.Invoke(() =>
    {
        audioVisualizationElement.RegisterSoundValues(amplitudes);
    });
}

调用RegisterSoundValues方法即可将频域数据传递给AudioVisualizationElement，并显示可视化的图形。

示例

以下是使用 NAudio 实现音频可视化的示例代码：

using System;
using System.Numerics;
using System.Threading;
using System.Windows;
using NAudio.Wave;
using NAudio.Wpf;

namespace AudioVisualization
{
    public partial class MainWindow : Window
    {
        private bool _isPlaying;

        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();
        }

        protected override void OnClosing(System.ComponentModel.CancelEventArgs e)
        {
            base.OnClosing(e);
            _isPlaying = false;
        }

        private void BtnPlay_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            var thread = new Thread(() =>
            {
                _isPlaying = true;

                using (var reader = new WaveFileReader("path/to/audiofile.wav"))
                using (var channel32 = new WaveChannel32(reader))
                {
                    var buffer = new float[channel32.SampleCount];

                    while (_isPlaying)
                    {
                        var samplesRead = channel32.Read(buffer, 0, buffer.Length);

                        if (samplesRead == 0)
                        {
                            break;
                        }

                        var frequencyDomainData = FourierTransform.FFT(buffer, FourierTransform.Direction.Forward);
                        var frequencyDomainLength = frequencyDomainData.Length;

                        var amplitudes = new float[frequencyDomainLength / 2];
                        for (var i = 0; i < frequencyDomainLength / 2; i++)
                        {
                            amplitudes[i] = (float)Math.Sqrt(Math.Pow(frequencyDomainData[i].Real, 2) + Math.Pow(frequencyDomainData[i].Imaginary, 2)) / (frequencyDomainLength / 2);
                        }

                        RenderVisualization(amplitudes);
                    }
                }
            });

            thread.Start();
        }

        private void BtnStop_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            _isPlaying = false;
        }

        private void RenderVisualization(float[] amplitudes)
        {
            Dispatcher.Invoke(() =>
            {
                audioVisualizationElement.RegisterSoundValues(amplitudes);
            });
        }
    }
}

上述示例中，通过点击“播放”按钮，将读取到的音频进行可视化；点击“停止”按钮，停止音频可视化。同时示例中也提供了线程策略，保证音频可视化不会阻断主线程。