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一．声卡录音的基本原理

为了实现一个录音的基本过程，至少需要以下对象的支持：

1．录音设备，对我们的PC设备就是声卡。这个录音设备可以进行的操作应该有开始和关闭。

2．缓冲区，也就是录制的声音放在哪里的问题。

二．DirectSound对录音的描述模型

1． DirectSound对录音的支持类

Ø Capture，设备对象，可以看作是声卡的描述。

Ø CaptureBuffer，缓冲区对象，存放录入的音频数据。

Ø Notify，事件通知对象，由于录音是一个长时间的过程，因此使用一个缓冲队列（多个缓冲区）接收数据，每当一个缓冲区满的时候，系统使用这个对象通知应用程序取走这个缓冲区，并继续录音。

以上三个对象是进行录音操作的主要对象，由于在C++中对DirectSound的操作DirectX帮助文档中已经有很详细的说明，这里就不再赘述了。本文是针对Managed Code。除了以上三个主要的DirectSound类，还需要以下几个辅助类。

Ø WaveFormat，描述了进行录制的声音波形的格式，例如采样率，单声道还是立体声，每个采样点的长度等等。

Ø Thread，线程类，由于录音的过程是需要不断处理缓冲区满的事件，因此新建一个线程对此进行单独处理。

Ø AutoResetEvent，通知的事件，当缓冲区满的时候，使用该事件作为通知事件。

三．代码解析（SoundRecord类）

1．需要引用的程序集

using System;

using System.Windows.Forms;

using System.Threading;

using System.IO;

// 对DirectSound的支持

using Microsoft.DirectX;

using Microsoft.DirectX.DirectSound;

2． SoundRecord的成员数据

public const int cNotifyNum = 16; // 缓冲队列的数目

private int mNextCaptureOffset = 0; // 该次录音缓冲区的起始点

private int mSampleCount = 0; // 录制的样本数目

private int mNotifySize = 0; // 每次通知大小

private int mBufferSize = 0; // 缓冲队列大小

private string mFileName = string.Empty; // 文件名

private FileStream mWaveFile = null; // 文件流

private BinaryWriter mWriter = null; // 写文件

private Capture mCapDev = null; // 音频捕捉设备

private CaptureBuffer mRecBuffer = null; // 缓冲区对象

private Notify mNotify = null; // 消息通知对象

private WaveFormat mWavFormat; // 录音的格式

private Thread mNotifyThread = null; // 处理缓冲区消息的线程

private AutoResetEvent mNotificationEvent = null; // 通知事件

3．对外操作的函数

///

/// 构造函数,设定录音设备,设定录音格式.

///

public SoundRecord()

{

// 初始化音频捕捉设备

InitCaptureDevice();

// 设定录音格式

mWavFormat = CreateWaveFormat();

}

///

/// 设定录音结束后保存的文件,包括路径

///

/// 保存wav文件的路径名

public void SetFileName(string filename)

{

mFileName = filename;

}

///

/// 开始录音

///

public void RecStart()

{

// 创建录音文件

CreateSoundFile();

// 创建一个录音缓冲区，并开始录音

CreateCaptureBuffer();

// 建立通知消息,当缓冲区满的时候处理方法

InitNotifications();

mRecBuffer.Start(true);

}

///

/// 停止录音

///

public void RecStop()

{

// 关闭通知消息

if (null != mNotificationEvent)

mNotificationEvent.Set();

// 停止录音

mRecBuffer.Stop();

// 写入缓冲区最后的数据

RecordCapturedData();

// 回写长度信息

mWriter.Seek(4, SeekOrigin.Begin);

mWriter.Write((int)(mSampleCount + 36)); // 写文件长度

mWriter.Seek(40, SeekOrigin.Begin);

mWriter.Write(mSampleCount); // 写数据长度

mWriter.Close();

mWaveFile.Close();

mWriter = null;

mWaveFile = null;

}

4．内部调用函数

///

/// 初始化录音设备,此处使用主录音设备.

///

/// 调用成功返回true,否则返回false

private bool InitCaptureDevice()

{

// 获取默认音频捕捉设备

CaptureDevicesCollection devices = new CaptureDevicesCollection(); // 枚举音频捕捉设备

Guid deviceGuid = Guid.Empty; // 音频捕捉设备的ID

if (devices.Count>0)

deviceGuid = devices[0].DriverGuid;

else

{

MessageBox.Show("系统中没有音频捕捉设备");

return false;

}

// 用指定的捕捉设备创建Capture对象

try

{

mCapDev = new Capture(deviceGuid);

}

catch (DirectXException e)

{

MessageBox.Show(e.ToString());

return false;

}

return true;

}

///

/// 创建录音格式,此处使用16bit,16KHz,Mono的录音格式

///

/// WaveFormat结构体

private WaveFormat CreateWaveFormat()

{

WaveFormat format = new WaveFormat();

format.FormatTag = WaveFormatTag.Pcm; // PCM

format.SamplesPerSecond = 16000; // 16KHz

format.BitsPerSample = 16; // 16Bit

format.Channels = 1; // Mono

format.BlockAlign = (short)(format.Channels * (format.BitsPerSample / 8));

format.AverageBytesPerSecond = format.BlockAlign * format.SamplesPerSecond;

return format;

}

///

/// 创建录音使用的缓冲区

///

private void CreateCaptureBuffer()

{

// 缓冲区的描述对象

CaptureBufferDescription bufferdescription = new CaptureBufferDescription();

if (null != mNotify)

{

mNotify.Dispose();

mNotify = null;

}

if (null != mRecBuffer)

{

mRecBuffer.Dispose();

mRecBuffer = null;

}

// 设定通知的大小,默认为1s钟

mNotifySize = (1024 > mWavFormat.AverageBytesPerSecond / 8) ? 1024 : (mWavFormat.AverageBytesPerSecond / 8);

mNotifySize -= mNotifySize % mWavFormat.BlockAlign;

// 设定缓冲区大小

mBufferSize = mNotifySize * cNotifyNum;

// 创建缓冲区描述

bufferdescription.BufferBytes = mBufferSize;

bufferdescription.Format = mWavFormat; // 录音格式

// 创建缓冲区

mRecBuffer = new CaptureBuffer(bufferdescription, mCapDev);

mNextCaptureOffset = 0;

}

///

/// 初始化通知事件,将原缓冲区分成16个缓冲队列,在每个缓冲队列的结束点设定通知点.

///

/// 是否成功

private bool InitNotifications()

{

if (null == mRecBuffer)

{

MessageBox.Show("未创建录音缓冲区");

return false;

}

// 创建一个通知事件,当缓冲队列满了就激发该事件.

mNotificationEvent = new AutoResetEvent(false);

// 创建一个线程管理缓冲区事件

if (null == mNotifyThread)

{

mNotifyThread = new Thread(new ThreadStart(WaitThread));

mNotifyThread.Start();

}

// 设定通知的位置

BufferPositionNotify[] PositionNotify = new BufferPositionNotify[cNotifyNum + 1];

for (int i = 0; i < cNotifyNum; i++)

{

PositionNotify[i].Offset = (mNotifySize * i) + mNotifySize - 1;

PositionNotify[i].EventNotifyHandle = mNotificationEvent.Handle;

}

mNotify = new Notify(mRecBuffer);

mNotify.SetNotificationPositions(PositionNotify, cNotifyNum);

return true;

}

///

/// 将录制的数据写入wav文件

///

private void RecordCapturedData()

{

byte[] CaptureData = null;

int ReadPos;

int CapturePos;

int LockSize;

mRecBuffer.GetCurrentPosition(out CapturePos, out ReadPos);

LockSize = ReadPos - mNextCaptureOffset;

if (LockSize < 0)

LockSize += mBufferSize;

// 对齐缓冲区边界,实际上由于开始设定完整,这个操作是多余的.

LockSize -= (LockSize % mNotifySize);

if (0 == LockSize)

return;

// 读取缓冲区内的数据

CaptureData = (byte[])mRecBuffer.Read(mNextCaptureOffset, typeof(byte), LockFlag.None, LockSize);

// 写入Wav文件

mWriter.Write(CaptureData, 0, CaptureData.Length);

// 更新已经录制的数据长度.

mSampleCount += CaptureData.Length;

// 移动录制数据的起始点,通知消息只负责指示产生消息的位置,并不记录上次录制的位置

mNextCaptureOffset += CaptureData.Length;

mNextCaptureOffset %= mBufferSize; // Circular buffer

}

///

/// 接收缓冲区满消息的处理线程

///

private void WaitThread()

{

while(true)

{

// 等待缓冲区的通知消息

mNotificationEvent.WaitOne(Timeout.Infinite, true);

// 录制数据

RecordCapturedData();

}

}

///

/// 创建保存的波形文件,并写入必要的文件头.

///

private void CreateSoundFile()

{

/**************************************************************************

Here is where the file will be created. A

wave file is a RIFF file, which has chunks

of data that describe what the file contains.

A wave RIFF file is put together like this:

The 12 byte RIFF chunk is constructed like this:

Bytes 0 - 3 : 'R' 'I' 'F' 'F'

Bytes 4 - 7 : Length of file, minus the first 8 bytes of the RIFF description.

(4 bytes for "WAVE" + 24 bytes for format chunk length +

8 bytes for data chunk description + actual sample data size.)

Bytes 8 - 11: 'W' 'A' 'V' 'E'

The 24 byte FORMAT chunk is constructed like this:

Bytes 0 - 3 : 'f' 'm' 't' ' '

Bytes 4 - 7 : The format chunk length. This is always 16.

Bytes 8 - 9 : File padding. Always 1.

Bytes 10- 11: Number of channels. Either 1 for mono, or 2 for stereo.

Bytes 12- 15: Sample rate.

Bytes 16- 19: Number of bytes per second.

Bytes 20- 21: Bytes per sample. 1 for 8 bit mono, 2 for 8 bit stereo or

16 bit mono, 4 for 16 bit stereo.

Bytes 22- 23: Number of bits per sample.

The DATA chunk is constructed like this:

Bytes 0 - 3 : 'd' 'a' 't' 'a'

Bytes 4 - 7 : Length of data, in bytes.

Bytes 8 -...: Actual sample data.

***************************************************************************/

// Open up the wave file for writing.

mWaveFile = new FileStream(mFileName, FileMode.Create);

mWriter = new BinaryWriter(mWaveFile);

// Set up file with RIFF chunk info.

char[] ChunkRiff = {'R','I','F','F'};

char[] ChunkType = {'W','A','V','E'};

char[] ChunkFmt = {'f','m','t',' '};

char[] ChunkData = {'d','a','t','a'};

short shPad = 1; // File padding

int nFormatChunkLength = 0x10; // Format chunk length.

int nLength = 0; // File length, minus first 8 bytes of RIFF description. This will be filled in later.

short shBytesPerSample = 0; // Bytes per sample.

// 一个样本点的字节数目

if (8 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels)

shBytesPerSample = 1;

else if ((8 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels) || (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels))

shBytesPerSample = 2;

else if (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels)

shBytesPerSample = 4;

// RIFF 块

mWriter.Write(ChunkRiff);

mWriter.Write(nLength);

mWriter.Write(ChunkType);

// WAVE块

mWriter.Write(ChunkFmt);

mWriter.Write(nFormatChunkLength);

mWriter.Write(shPad);

mWriter.Write(mWavFormat.Channels);

mWriter.Write(mWavFormat.SamplesPerSecond);

mWriter.Write(mWavFormat.AverageBytesPerSecond);

mWriter.Write(shBytesPerSample);

mWriter.Write(mWavFormat.BitsPerSample);

// 数据块

mWriter.Write(ChunkData);

mWriter.Write((int)0); // The sample length will be written in later.

}

5．外部窗体调用方式

声明部分：

private SoundRecord recorder = null; // 录音

窗体构造函数：

recorder = new SoundRecord();

启动录音按钮：

private void btnStart_Click(object sender, System.EventArgs e)

{

//

// 录音设置

//

string wavfile = null;

wavfile = “test.wav”;

recorder.SetFileName(wavfile);

recorder.RecStart();

}

中止录音按钮：

private void btnStop_Click(object sender, System.EventArgs e)

{

recorder.RecStop();

recorder = null;

}

6．需要添加的外部引用文件

在系统的System32目录下添加以下两个引用文件，如果没有，在DirectX的开发包内可以找到。

Microsoft.DirectX.dll

Microsoft.DirectX.DirectSound.dll

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