基於MATLAB的GUI（Graphical User Interface）音頻實時顯示設計

【博主原創】

摘要：本文章的設計主要講基於matlab的gui音頻實時顯示設計，這次設計的gui至關於一個簡潔的音樂播放器，界面只有」錄音「和」播放「兩個控件，哈哈，夠簡潔吧。經過」錄音「按鈕能夠實現聲音從電腦的聲卡錄入，而且實時顯示錄入聲音的時域圖形和頻域圖形；待錄音結束，經過」播放「按鈕能夠播放剛錄入的聲音，而且一邊播放一遍實時顯示時域和頻域圖形。本設計的編碼在matlab2013a上親測，能夠實現。。。

 

1、首先matlab的gui界面設計

打開matlab—>在命令行執行guide—>出現gui編輯界面，選擇一個默認的空白模板—>在界面上添加兩個座標軸axes一、axes2，再添加兩個push_button,和兩個text—>調整好位置，將兩個按鈕tag更名爲錄音和播放，將兩個text改成時域波形和頻域波形，這樣簡單的界面就作好了，想要美觀一些，能夠本身再編輯。

2、設計好gui界面保存後就會自動生成一個.fig的文件和一個.m的文件，兩個文件不要丟失，下次能夠經過運行.m文件來打開界面，實現功能。設計好的界面以下圖所示

                                                                     

打開.m的文件，裏面能夠看到圖形設計的主函數function varargout = yin(varargin)，打開函數function yin_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)和輸出函數function varargout = yin_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)，至於這些函數裏面是什麼意思，能夠參考園子裏一位園友「技術蛀蟲」的關於matlab的文章，講的很是好。總之設計好界面後，生成的.m文件裏會自動生成這些函數，此外還會生成你所加控件的回調函數callback，在相應的回調函數里加入代碼後，點擊界面上相應按鈕時就會實現代碼的功能。編寫回調函數是很是重要的一步，這決定界面按鈕能不能實現相應的功能。

3、回調函數的編寫

這個gui的設計要編寫的回調函數只有兩個，分別爲「錄音」和「播放」兩個按鈕，不用實現功能的按鈕就不用在.m文件中編寫。編寫控件的回調函數的方法有兩種，一是直接打開.m文件在相應的回調函數名下編寫或者修改。另外一種是在製做gui界面的時候，在界面上相應的控件上右擊，而後在「view callback」選項中編寫並保存。下面開始編寫兩個控件的回調函數：

錄音按鈕的功能是：按下時，實時從聲卡錄入音頻，並實時顯示時域和頻域的波形，先判斷當前窗口句柄的isrecording的值，而後執行if語句，當isrecording值爲0時，執行if下的語句，調用record（gcf,handles)函數，record函數我會另外寫出來，運行的時候把它們放在同一個文件夾下就能夠了。當isrecording爲1時，表示當前窗口正在運行，表示在錄音，這時按下這個按鈕，就會執行else，將isrecording設置爲0，從而中止錄音。因此錄音按鈕第一次按下開始錄音，第二次按下中止錄音，都是經過設置isrecording的值實現。爲了保證在界面剛打開的時候，爲中止錄音的狀態，咱們須要在打開函數function yin_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)中添加setappdata(gcf,'isrecording',0)命令，即一開始設置isrecording爲0；

% --- Executes on button press in pushbutton1.

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
isrecording=getappdata(gcf,'isrecording');
if ~isrecording
setappdata(gcf,'isrecording',1);
recorder(gcf,handles);
else
setappdata(gcf,'isrecording',0);
end

附上record函數的代碼：（record函數的做用是創建聲卡對象，控制聲卡實現錄音，並對錄音的數據進行實時的時域和頻域顯示）

function aa= recorder(cf,handles)
%RECORDER Summary of this function goes here
% Detailed explanation goes here
% h=figure(soundrec);

h=cf;
thehandles=handles;
setappdata(h,'isrecording',1);

Ai=analoginput('winsound'); % 建立一個模擬信號輸入對象
% 添加通道
addchannel(Ai,1);
Ai.SampleRate=10000; % 採樣頻率
Ai.SamplesPerTrigger=Inf; % 採樣數

 

start(Ai); % 開啓採樣
warning off % 當採樣數據不夠時，取消警告
while isrunning(Ai) % 檢查對象是否仍在運行
if getappdata(h,'isrecording')
data=peekdata(Ai,Ai.SampleRate/2);% 獲取對象中的最後Ai.SampleRate個採樣數據
plot(thehandles.axes1,data) % 繪製最後Ai.SampleRate個採樣數據的圖形，所以表現出來就是實時的了
set(handles.axes1,'ylim',[-1 1],'xlim',[0 5000]);
y1=fft(data,2048); %對信號作2048點FFT變換
f=Ai.SampleRate*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,'g') %作原始語音信號的FFT頻譜圖
set(handles.axes2,'ylim',[0 10],'xlim',[100 250]);%設置handles.axes2的橫縱座標範圍
drawnow; % 刷新圖像
else
stop(Ai);
num=get(Ai,'SamplesAvailable');
aa=getdata(Ai,num);
axes(thehandles.axes1);
plot(thehandles.axes1,aa) % 繪製全部採樣數據的圖形

y1=fft(data,2048); %對信號作2048點FFT變換
f=Ai.SampleRate*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,'g') %作原始語音信號的FFT頻譜圖
drawnow; % 刷新圖像
setappdata(h,'sounds',aa);
end
end

end

播放按鈕的功能是：按下時，播放已經錄入的音頻，並實時顯示頻譜，這就須要本身設計記錄音頻播放的位置，這樣才能使在循環內每次音頻的播放位置正確，記錄位置經過計時來實現，記錄的時間差time轉換爲以秒爲單位獲得s,再經過s*fs來獲得採樣了多少個點，從而獲得採樣點的位置，而且限制每次處理5000個採樣點，在時域波形上刷新顯示；而頻域的計算則是每次取2048個採樣點進行fft變換。

% --- Executes on button press in pushbutton2.

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global ad fs yp y ;
y=getappdata(gcf,'sounds');
fs=10000;
ad=analogoutput('winsound');%創建以聲卡做爲輸入輸出對象
addchannel(ad,1);
set(ad,'samplerate',fs);
putdata(ad,y);
handles.ad=ad;
guidata(hObject, handles);%更新圖形句柄
start(ad);
T=clock;
pause(0.1);
while isrunning(ad)
T1=clock;
time=T1-T;%計算時間差
s=3600*time(4)+60*time(5)+time(6);
if(round(s*fs+5000)<length(y))
yp=y(round(s*fs):round(s*fs+5000));%round函數取距離最近的整數
plot(handles.axes1,yp);
set(handles.axes1,'ylim',[-1 1],'xlim',[0 5000]);
y1=fft(yp,2048);
f=fs*(0:1023)/2048;
bar(handles.axes2,f,abs(y1(1:1024)),0.8,'g') %作原始語音信號的FFT頻譜圖
set(handles.axes2,'ylim',[0 10],'xlim',[100 250]);%設置handles.axes2的橫縱座標範圍
drawnow;
end
end

4、至此，整個設計就已經完成了，雖然界面簡單，可是完美實現了所需的功能；