基于Qt框架的音频采集与播放工具

六bring个六

已于 2025-03-30 17:58:36 修改

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分类专栏： qt6 文章标签：音视频

于 2025-03-30 17:56:29 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Excalibur6/article/details/146769536

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该程序是一个基于Qt框架的音频采集与播放工具，支持实时波形显示、数据保存及回放。以下是实现思路与方法：

核心功能

音频采集
- 通过QAudioSource从默认音频输入设备（如麦克风）实时获取音频数据。
- 支持自定义采样率、通道数、采样格式等参数。
- 数据可保存为.raw文件，便于后续分析或回放。
实时波形显示
- 使用QChart动态绘制音频波形。
- 仅支持UInt8格式单通道数据的实时显示（通过QLineSeries实现）。

音频回放

通过QAudioSink播放已保存的音频文件，支持与采集时相同的音频格式参数。

实现代码：

//播放文件
void MainWindow::on_actPlayFile_triggered()
{
    QString filename=ui->editFileName->text().trimmed();
    if(filename.isEmpty()){
        QMessageBox::critical(this,"警告","未设置播放文件");
        return;
    }
    if(!QFile::exists(filename)){
        QMessageBox::critical(this,"警告","文件不可用");
        return;
    }


    sinkfileDevice.setFileName(filename);
    if(!sinkfileDevice.open(QIODeviceBase::ReadOnly)){
        QMessageBox::critical(this,"警告","无法打开指定文件！");
        return;
    }

    QAudioFormat format;
    format.setChannelCount(ui->spinChanCount->value());
    format.setSampleRate(ui->spinSampRate->value());
    int index=ui->comboSampFormat->currentIndex();
    format.setSampleFormat(QAudioFormat::SampleFormat(index));
    audiosink=new QAudioSink(format,this);
    audiosink->start(&sinkfileDevice);
    m_isworking=true;
    ui->actPlayFile->setEnabled(false);
    ui->actStart->setEnabled(false);
    connect(audiosink,&QAudioSink::stateChanged,this,&MainWindow::do_stateChanged);
}

参数配置与验证
- 提供界面控件调整音频格式参数（如采样率、通道数）。
- 支持测试当前参数是否被设备支持。

关键技术实现

音频数据处理
- 自定义TMyDevice类（继承自QIODevice）：
  - 在writeData()中处理输入数据：
    - 文件保存：直接将二进制数据写入文件。
    - 波形更新：将音频数据转换为QPointF点集，动态更新图表。
  - 数据截断逻辑：当数据量超过图表容量（m_range）时：
    - 截取旧数据的后m_range - len个点。
    - 调整旧数据的X坐标（从0开始），避免新数据堆积在右侧。
    - 追加新数据并更新序列，确保图表始终显示最新内容。
    - 实现代码如下：
```
if(save_to_file){
        m_file.write(data,len);
    }
    if(draw_chart){
        //更新序列用到qlist容器
        QList<QPointF>points;
        //预分配空间
        points.reserve(m_range);
        //原来的序列中点的数量
        int oldcount =series->points().size();
        //如果序列中数据满了，截断从len到m_range中的数据放到list中
        if(oldcount>=m_range){
            const int keepcount = m_range - len;  // 需要保留的旧数据数量
            points = series->points().mid(oldcount - keepcount);  // 正确截取旧数据
            for (int i = 0; i < points.size(); ++i) {
                points[i].setX(i);
            }

        }
        else {
            points=series->points();
        }
        //如果当前的序列没满，就把新的数据补上，如果满了循环不会执行
        int curcount=points.size();
        for (int k = 0; k < len; k++) {
            qreal x = (curcount + k) % m_range;  // X 坐标循环在 0~m_range-1 之间
            quint8 value = static_cast<quint8>(data[k]);  // 确保 Y 值正确转换
            points.append(QPointF(x, value));
        }

        //更新序列
        series->replace(points);
        emit updateBlockSize(len);
        return len;
```
      这是我写的写入函数，其中更新图表数据的功能是首先如果有新的数据要进序列，我们就把原来序列前面去掉一部分，后面的数据往前走，给新数据留出相应的位置，这就到了数据截断这有一个坑，按照deepseek分析是调用point.mid()函数直接截取比一个一个点填入更为高效，但问题就是出现在这里，这里的QList容器装的数据类型是qpointf，他是数据点，是一个二维的，之前我光想着截取下来替换series中的数据点，但没想到mid()是截取了数据点的完整数据，即（x,y）全截取下来了，这就造成了一个问题，我们截取下来的数据点要往左移，右边append新的数据点，如果未更新x值，就会造成图表显示异常，他的曲线全部拥挤在图标右边。解决方法就是把list容器中的值遍历一遍，给他们的x值重新赋值。这里长教训了，要注意截取的数据是什么类型。

动态图表

初始化：inichart()创建QLineSeries并绑定坐标轴。
性能优化：使用series->replace(points)批量更新数据，而非逐点添加。
坐标轴范围：X轴固定为0 ~ m_maxsize（2000），Y轴固定为0 ~ 256（适配UInt8数据）。

实现代码：

//mainwindow.cpp
void MainWindow::inichart()
{
    QChart *chart=new QChart;
    chart->setTitle("音频输入原始信号");
    ui->chartView->setChart(chart);

    series =new QLineSeries();
    chart->addSeries(series);
    //series->setUseOpenGL(true);//opengl加速

    //坐标轴设置
    QValueAxis *axisX=new QValueAxis;
    axisX->setRange(0,m_maxsize);
    axisX->setLabelFormat("%g");
    axisX->setTitleText("samples");
    QValueAxis *axisY=new QValueAxis;
    axisY->setRange(0,256);//chart只能使用UTF_8
    axisY->setTitleText("Audio Level");

    chart->addAxis(axisX,Qt::AlignBottom);
    chart->addAxis(axisY,Qt::AlignLeft);

    series->attachAxis(axisX);
    series->attachAxis(axisY);
}

m_maxsize是预设值，后面可以被覆盖，y轴只能是0~256，为了适配UTF—8。

线程与事件处理
- 主线程处理UI交互与数据更新，未单独分离数据处理线程（可能导致界面卡顿，但代码未体现）。
- 通过信号updateBlockSize更新录制时间与数据块大小。
错误处理
- 设备检测：若无可用音频设备，禁用功能并提示。
- 文件操作：检查文件路径有效性，避免无效写入。