Xp下麥克風設備及音量檢測

從Vista開始，windows底層的音頻架構發生了改變：本來是底層API的waveXXX、mixerXXX等都在Core Audio APIs的基礎上進行了重構，上升爲了高層API；底層API變爲Core Audio API。 因爲這個緣由，在利用遺留音頻技術（waveXXX、mixerXXX等）進行開發的時候，在WinXp和其餘系統上的表現會不太一致。

可是若是要在Xp上進行開發的話，就必需要使用這些老舊的技術，沒得選。

Xp下音頻開發選擇

在Xp下進行開發，大概只有DirectX、waveXXX和mixerXXX可選了。 這裏咱們簡單描述它們的優缺點：

優勢：

• DirectX： 功能強大、靈活。
• waveXXX： 使用簡單，對於輸入音頻設備，應用中的大部分功能需求都支持。
• mixerXXX： 徹底底層的音頻控制。

缺點：

• DirectX： 概念多、不容易上手（靈活的代價）。
• waveXXX： 對輸入音頻的控制處於應用層，沒法控制系統層的音頻輸入（輸出設備未測試）。
• mixerXXX： 概念多而且比較抽象，API的使用很晦澀。

Xp下輸入音頻開發實例

咱們選擇waveXXX api來實現這個開發實例，由於waveXXX相對來講比較好用，這樣咱們不用花費過多的時間去了解其餘概念上的細節。

1. 設備枚舉及打開

先調用waveInGetNumDevs()獲取設備總數，而後傳入設備序號（0 ~ 總數-1），並選擇設備支持的PCM數據格式中的一種打開設備，獲取到設備句柄：

auto inputAudioDeviceNum = waveInGetNumDevs();
for (int i = 0; i < inputAudioDeviceNum; ++i) {
    WAVEINCAPS waveInCaps;
    auto returnValue = waveInGetDevCaps(i, &waveInCaps, sizeof(waveInCaps)) ;

    ......

    WAVEFORMATEX waveFormatEx = chooseAppropriateFormat();
    auto returnValue = waveInOpen((LPHWAVEIN)&deviceInfo.handle, index, &waveFormatEx,
                                  (DWORD_PTR)CoreAudioHelper::waveInProc,
                                  (DWORD_PTR)this, 
                                  CALLBACK_FUNCTION);
    ......
}

2. 獲取輸入音頻數據

爲了獲取音頻數據，咱們須要準備一個Buffer，並將這個Buffer添加到你想要獲取數據的音頻設備上，而後開始這個設備的音頻捕獲:

bool CoreAudioHelper::startPeakGetter()
{
    Q_ASSERT(m_currentDeviceIndex >= 0 && m_currentDeviceIndex < m_infos.size());
    auto& deviceInfo = m_infos[m_currentDeviceIndex];

    ZeroMemory(m_buffer, sizeof(m_buffer));
    m_waveHdr.dwFlags = 0;
    m_waveHdr.lpData = (LPSTR)m_buffer;
    m_waveHdr.dwBufferLength = sizeof(m_buffer);

    auto returnValue = waveInPrepareHeader(deviceInfo.handle, &m_waveHdr, sizeof(m_waveHdr));
    CHECK_RETURN(returnValue);

    returnValue = waveInAddBuffer(deviceInfo.handle, &m_waveHdr, sizeof(m_waveHdr));
    CHECK_RETURN(returnValue);

    returnValue = waveInStart(deviceInfo.handle);
    CHECK_RETURN(returnValue);

    deviceInfo.started = true;
    return true;
}

當這個Buffer被數據填滿的時候，系統就會通知你，這時候咱們須要先調用waveInUnprepareHeader()來取消先前準備的Buffer，而後就能夠對數據進行操做了（這裏咱們計算了音頻的音量大小）。在以前打開設備的時候，你能夠選擇多種通知方式：回調、窗口消息、事件或者線程，這裏我選擇使用回調方法。若是要連續的獲取捕獲到的數據，咱們就要在Buffer被填滿的時候不斷添加新的Buffer。注意由於在回調中基本上不能夠調用任何系統api，因此咱們須要另外一個線程來添加新Buffer，並利用信號量來進行同步：

void CoreAudioHelper::waveInProc(HWAVEIN hwi, UINT uMsg, DWORD_PTR dwInstance, DWORD_PTR dwParam1, DWORD_PTR dwParam2)
{
    switch (uMsg) {
    case WIM_OPEN:
        break;
    case WIM_CLOSE:
    {
        ......
    }
    case WIM_DATA:
    {
        ......
        break;
    }
    default:
        Q_ASSERT(false && "never receive other msg!");
    }

}

//  non-qt thread have no qt event loop which causing signal/slot not working,
//  we use a queue to keep the value and a semaphore to notify the internal thread
//  to emit the signal.
void CoreAudioHelper::appendPeakValue(qint16 value)
{
    m_peakValueQueue.push(value);
    //  cannot call Win32 api inside a callback, so we notify the buffer waiter thread
    m_bufferFilled.release(1);
}

void CoreAudioHelper::BufferWaiterThread::run()
{
    while (true) {
            m_helper->m_bufferFilled.acquire(1);

            m_helper->unprepareBuffer();

            if (m_helper->m_stopThread)     
                break;
            if (m_helper->m_emitUnplugged) {
                emit m_helper->currentDeviceUnplugged();
                m_helper->m_emitUnplugged = false;
                break;
            }                       
            m_helper->emitPeakLevelAndContinue();
    }
}

bool CoreAudioHelper::unprepareBuffer()
{
    auto deviceInfo = m_infos.at(m_currentDeviceIndex);
    auto returnValue = waveInUnprepareHeader(deviceInfo.handle, &m_waveHdr, sizeof(m_waveHdr));
    CHECK_RETURN(returnValue); 
    return true;
}

3. 音量大小計算

根據PCM數據是8位仍是16位，咱們把Buffer中的比特數據轉換成合適的變量並計算保存最小值和最大值。由於實際音頻波形是以0點爲水平上下波動的，

• 8位PCM： 無符號數據，範圍0~255， 水平值127。
• 16位PCM： 有符號數據，範圍-32767~32767，水平值0。

咱們只須要把最大波動值除以上限值就能夠得到音量大小了（具體見下一小節）。

//  buffer already filled with input audio data
CoreAudioHelper* helper = reinterpret_cast<CoreAudioHelper*>(dwInstance);
Q_ASSERT(helper->m_waveHdr.dwFlags & WHDR_DONE);

qint32 peakMin = 255;
qint32 peakMax = 0;
for (char* ptr = helper->m_buffer; ptr < &helper->m_buffer[16]; ) {
    qint32 dataValue;
    if (helper->m_is8BitsSample) {
        dataValue = *(unsigned char*)ptr;
        ptr++;
    } else {
        dataValue = *(qint16*)ptr;  
        ptr += 2;
    }
    if (dataValue < peakMin)    peakMin = dataValue;
    if (dataValue > peakMax)    peakMax = dataValue;
}

helper->appendPeakValue(max(-peakMin, peakMax));

4. 音量設置和靜音

waveXXX API只提供了音頻數據捕獲，所以咱們須要本身來模擬音量和靜音的控制，這裏咱們把這些控制應用在獲取到的音量大小上：

void CoreAudioHelper::emitPeakLevelAndContinue()
{
    if (!m_peakValueQueue.empty()) {
        qint32 peakValue = m_peakValueQueue.front();
        m_peakValueQueue.pop();

        if (!m_infos.at(m_currentDeviceIndex).muted) {
            if (m_is8BitsSample) {
                //  when 8-bit sample, the range is 0--255, the silence data value is 127
                emit peakChanged(qint32(abs(peakValue - 127) / 1.27) * 
                                m_infos.at(m_currentDeviceIndex).volumeFilterPercent);
            }
            else {
                //  when 16-bit sample, the range  is -32767--32767, the silence data value is 0
                emit peakChanged(qint32(abs(peakValue) / 327.67) * 
                                m_infos.at(m_currentDeviceIndex).volumeFilterPercent);
            }
            startPeakGetter();
        }
    }
}

5. 運行結果

結果就是這樣啦，完整代碼見此處。