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3.3 Audio 模块API手册

前言

概述

此文档介绍CanMV音频模块,用以指导开发人员如何调用python api接口实现音频采集及播放功能。

读者对象

本文档(本指南)主要适用于以下人员:

  • 技术支持工程师
  • 软件开发工程师

缩略词定义

简称说明
mediak230 media包,包含多媒体相关模块
media.pyaudio音频处理模块
media.wavewav文件处理模块

修订记录

文档版本号修改说明修改者日期
V1.0初版孙小朋2023-09-18
V1.1修改audio模块内存分配方式:所有模块统一由media.media分配内存,详见示例程序中的修改:media.buffer_init()孙小朋2023/10/12

1. 概述

此文档介绍CanMV音频模块,用以指导开发人员如何调用python api接口实现音频采集及播放功能。

2. API描述

2.1 mpp.wave

wave模块提供了一种简单的方式来读取和处理WAV文件。使用wave.open函数可以打开wav文件并返回以下类对象。 wave.Wave_read类提供获取WAV文件的元数据(如采样率、采样点、声道和采样精度)及从文件读取wav音频数据方法。 wave.Wave_write类提供设置WAV文件的元数据(如采样率、采样点、声道和采样精度)及保存pcm音频数据到wav文件的方法。 该模块与pyaudio模块配合会很容易实现播放wav文件音频和采集并保存wav音频文件。

2.1.1 open

【描述】

打开wave文件,用以读取或写入音频数据。

【语法】

def open(f, mode=None)

【参数】

参数名称描述输入/输出
f文件名称输入
mode打开模式(‘r’,’rb’,’w’,’wb’)输入

【返回值】

返回值描述
Wave_read或Wave_write类对象成功。
其他失败,抛出异常

2.1.2 wave.Wave_read

Wave_read类提供获取WAV文件的元数据(如采样率、采样点、声道和采样精度)及从文件读取wav音频数据方法。

2.1.2.1 get_channels

【描述】

获取声道数。

【语法】

def get_channels(self)

【参数】

【返回值】

返回值描述
>0成功。
0失败
2.1.2.2 get_sampwidth

【描述】

获取采样字节长度。

【语法】

def get_sampwidth(self)

【参数】

【返回值】

返回值描述
>0 有效范围[1,2,3,4]分别对应采样精度[8,16,24,32]成功。
0失败
2.1.2.2 get_framerate

【描述】

获取采样频率。

【语法】

def get_framerate(self)

【参数】

【返回值】

返回值描述
>0 有效范围(8000~192000)成功。
0失败
2.1.2.3 read_frames

【描述】

读取帧数据。

【语法】

def read_frames(self, nframes)

【参数】

参数名称描述输入/输出
nframes读取的帧长度(声道数*每个采样点的采样精度/8)输入

【返回值】

返回值描述
bytes字节序列

2.1.3 wave.Wave_write

Wave_write为类对象,提供设置WAV文件的元数据(如采样率、采样点、声道和采样精度)及保存pcm音频数据到wav文件的方法。

2.1.3.1 set_channels

【描述】

设置声道数。

【语法】

def set_channels(self, nchannels)

【参数】

参数名称描述输入/输出
nchannels声道数输入

【返回值】

2.1.3.2 set_sampwidth

【描述】

设置采样字节长度。

【语法】

def set_sampwidth(self, sampwidth)

【参数】

参数名称描述输入/输出
sampwidth采样字节长度,有效范围[1,2,3,4]分别对应采样精度[8,16,24,32]输入

【返回值】

2.1.3.3 set_framerate

【描述】

设置采样频率。

【语法】

def set_framerate(self, framerate)

【参数】

参数名称描述输入/输出
framerate采样频率[8000~192000]输入

【返回值】

2.1.3.4 write_frames

【描述】

写入音频数据。

【语法】

def write_frames(self, data)

【参数】

参数名称描述输入/输出
data音频数据(bytes字节序列)输入

【返回值】

2.2 mpp.pyaudio

pyaudio为音频处理模块,负责采集和播放二进制pcm音频数据。如想播放wav格式文件或将采集到的数据保存成wav文件,需与mpp.wave库配合使用,详见示例程序部分。

2.2.1 pyaudio.PyAudio

负责管理多路音频输入和输出通路,每路通路均以流(Stream)类对象体现。

2.2.1.1 open

【描述】

打开一路流(Stream)。

【语法】

def open(self, *args, **kwargs)

【参数】

可变参数,参考[Stream.init]。

【返回值】

返回值描述
py:class:Stream成功。
其他失败,抛出异常
2.2.1.2 close

【描述】

关闭一路流(Stream)。

【语法】

def close(self, stream)

【参数】

【返回值】

【注意】

该函数会调用Stream对象中的close,并把Stream对象从PyAudio对象中删除。因此该函数可以不调用,调用Stream.close即可。

2.2.1.3 terminate

【描述】

释放音频资源,PyAudio不再使用时,一定要调用该函数释放音频资源。如在:默认构造函数中申请vb block,在该函数中释放vb block。

【语法】

def terminate(self)

【参数】

【返回值】

【注意】

该函数会调用Stream对象中的close,并把Stream对象从PyAudio对象中删除。因此该函数可以不调用,调用Stream.close即可。

2.2.2 pyaudio.Stream

Stream为音频流类对象,负责管理一路音频输入或输出通路。

2.2.2.1 init

【描述】

构造函数。

【语法】

def __init__(self,
PA_manager,
rate,
channels,
format,
input=False,
output=False,
input_device_index=None,
output_device_index=None,
enable_codec=True,
frames_per_buffer=1024,
start=True,
stream_callback=None)

【参数】

参数名称描述输入/输出
PA_managerPyAudio类对象输入
rate采样率输入
channels声道数输入
format采样点字节数输入
input是否是音频输入,默认值为False输入
output是否是音频输出,默认值为False输入
input_device_index输入通路组号[0,1],默认值为None:使用默认通路0输入
output_device_index输出通路组号[0,1],默认值为None:使用默认通路0输入
enable_codec是否启用内置codec,默认使用内置codec输入
frames_per_buffer每次采集帧数输入
start是否启动数据流,默认启动输入
stream_callback以回调方式写入或读取数据,默认不启用回调方式输入

【返回值】

2.2.2.2 start_stream

【描述】

启动数据流。如构造函数中设置参数start=True,则创建Stream对象后默认就启动数据流。

【语法】

def start_stream(self)

【参数】

【返回值】

2.2.2.3 stop_stream

【描述】

停止数据流。停止数据流后可再次重新启动数据流。

【语法】

def stop_stream(self)

【参数】

【返回值】

2.2.2.4 write

【描述】

写入数据流,用来播放音频。如以回调方式写入数据流,则该函数不需要调用。

【语法】

def write(self, frames,num_frames=None)

【参数】

参数名称描述输入/输出
frames音频数据(bytes字节序列)输入
num_frames写入帧数量,默认值为None:会根绝frames自动计算帧长度输入

【返回值】

2.2.2.5 read

【描述】

读取数据流,用来采集音频。如以回调方式读取数据流,则该函数不需要调用。

【语法】

def read(self, num_frames)

【参数】

参数名称描述输入/输出
num_frames读取帧数量输入

【返回值】

返回值描述
bytes字节序列 长度>0成功
bytes字节序列 长度=0失败
2.2.2.6 close

【描述】

关闭数据流。会从PyAudio对象中删除该对象。

【语法】

def close(self)

【参数】

【返回值】

3. 示例程序

3.1 采集wav音频

from media.pyaudio import *
import media.wave as wave
from media.media import *

def record_audio(filename, duration):
CHUNK = int(44100/25)
FORMAT = paInt16
CHANNELS = 2
RATE = 44100

p = PyAudio()
p.initialize(CHUNK)
ret = media.buffer_init()
if ret:
print("record_audio, buffer_init failed")

stream = p.open(format=FORMAT,
channels=CHANNELS,
rate=RATE,
input=True,
frames_per_buffer=CHUNK)

frames = []

for i in range(0, int(RATE / CHUNK * duration)):
data = stream.read()
frames.append(data)

stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()

wf = wave.open(filename, 'wb')
wf.set_channels(CHANNELS)
wf.set_sampwidth(p.get_sample_size(FORMAT))
wf.set_framerate(RATE)
wf.write_frames(b''.join(frames))
wf.close()

media.buffer_deinit()

record_audio('/sdcard/app/output.wav', 15)

3.2 播放wav音频

from media.pyaudio import *
import media.wave as wave
from media.media import *

def play_audio(filename):
#读取音频文件
wf = wave.open(filename, 'rb')
CHUNK = int(wf.get_framerate()/25)

#播放音频操作
p = PyAudio()
p.initialize(CHUNK)
ret = media.buffer_init()
if ret:
print("play_audio, buffer_init failed")

stream = p.open(format=p.get_format_from_width(wf.get_sampwidth()),
channels=wf.get_channels(),
rate=wf.get_framerate(),
output=True,frames_per_buffer=CHUNK)
data = wf.read_frames(CHUNK)

while data:
stream.write(data)
data = wf.read_frames(CHUNK)

stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()
wf.close()

media.buffer_deinit()

play_audio('/sdcard/app/input.wav')

3.3 采集播放回环

from media.pyaudio import *
import media.wave as wave
from media.media import *

def loop_audio(duration):
CHUNK = int(44100/25)
FORMAT = paInt16
CHANNELS = 2
RATE = 44100

p = PyAudio()
p.initialize(CHUNK)
ret = media.buffer_init()
if ret:
print("loop_audio, buffer_init failed")

input_stream = p.open(format=FORMAT,
channels=CHANNELS,
rate=RATE,
input=True,
frames_per_buffer=CHUNK)

output_stream = p.open(format=FORMAT,
channels=CHANNELS,
rate=RATE,
output=True,
frames_per_buffer=CHUNK)

for i in range(0, int(RATE / CHUNK * duration)):
output_stream.write(input_stream.read())


input_stream.stop_stream()
output_stream.stop_stream()
input_stream.close()
output_stream.close()
p.terminate()

media.buffer_deinit()

loop_audio(15)