Qt音频采集：QAudioInput详解与示例

1. 简介

QAudioInput是Qt Multimedia模块中用于音频采集的核心类，能够从麦克风等输入设备实时获取原始音频数据（PCM格式）。本文将通过原理讲解和代码示例，帮助开发者快速掌握音频采集的核心技术。

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2. 核心功能

• 支持多种音频格式（采样率/声道/位深）

• 提供实时音频流访问

• 自动管理音频设备资源

• 支持多平台（Windows/Linux/macOS/移动端）

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3. 开发准备

3.1 环境要求

# .pro文件添加
QT += multimedia

3.2 头文件

#include <QAudioInput>
#include <QAudioDeviceInfo>

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4. 核心类说明

4.1 QAudioInput

• 核心方法：

  • start(): 开始采集

  • stop(): 停止采集

  • setBufferSize(): 设置缓冲区大小

4.2 QAudioFormat

• 常用配置：

  format.setSampleRate(16000);      // 16kHz采样率
  format.setChannelCount(1);        // 单声道
  format.setSampleSize(16);         // 16位采样
  format.setCodec("audio/pcm");     // PCM编码
  format.setByteOrder(QAudioFormat::LittleEndian);
  format.setSampleType(QAudioFormat::SignedInt);

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5. 基础使用流程

5.1 初始化设备

// 创建音频格式
QAudioFormat format;
// ...（设置格式参数）

// 获取输入设备
QAudioDeviceInfo inputDevice = QAudioDeviceInfo::defaultInputDevice();
if (!inputDevice.isFormatSupported(format)) {
    format = inputDevice.nearestFormat(format);
}

// 创建音频输入对象
QAudioInput* audioInput = new QAudioInput(inputDevice, format, this);

5.2 数据采集与保存

// 创建文件保存原始数据
QFile outputFile("raw.pcm");
outputFile.open(QIODevice::WriteOnly);

// 开始采集
audioInput->start(&outputFile);

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6. 完整示例代码

示例1：保存为WAV文件（含文件头）

#include <QCoreApplication>
#include <QAudioInput>
#include <QFile>
#include <QDataStream>

// WAV文件头结构（44字节）
struct WavHeader {
    // ...（完整文件头结构定义，此处省略）
};

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 配置音频格式
    QAudioFormat format;
    format.setSampleRate(16000);
    format.setChannelCount(1);
    format.setSampleSize(16);
    format.setCodec("audio/pcm");
    format.setByteOrder(QAudioFormat::LittleEndian);
    format.setSampleType(QAudioFormat::SignedInt);

    // 初始化设备
    QAudioInput audioInput(QAudioDeviceInfo::defaultInputDevice(), format);

    // 创建WAV文件
    QFile file("recording.wav");
    file.open(QIODevice::WriteOnly);
    
    // 写入空文件头
    WavHeader header = createWavHeader(format);
    file.write((const char*)&header, sizeof(header));

    // 开始录音
    audioInput.start(&file);

    // 录音5秒后停止
    QTimer::singleShot(5000, [&]() {
        audioInput.stop();
        file.close();
        qApp->quit();
    });

    return a.exec();
}

示例2：实时音量监测

class AudioMonitor : public QIODevice {
public:
    explicit AudioMonitor(QObject* parent = nullptr) : QIODevice(parent) {}

protected:
    qint64 readData(char*, qint64) override { return 0; } // 不需要实现
    
    qint64 writeData(const char* data, qint64 len) override {
        // 计算音量（16位样本）
        const qint16* samples = reinterpret_cast<const qint16*>(data);
        int sampleCount = len / 2; // 每个样本占2字节
        
        qreal peak = 0;
        for (int i=0; i<sampleCount; ++i) {
            peak = qMax(peak, qAbs(samples[i]/32768.0));
        }
        
        emit volumeChanged(peak * 100); // 百分比
        return len;
    }

signals:
    void volumeChanged(qreal percent);
};

// 使用方式：
AudioMonitor* monitor = new AudioMonitor;
audioInput->start(monitor);
QObject::connect(monitor, &AudioMonitor::volumeChanged, [](qreal vol){
    qDebug() << "当前音量：" << vol << "%";
});

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7. 常见问题解决方案

7.1 无输入数据

• 检查项：

  1. 系统麦克风权限

  2. 音频格式与设备兼容性

  3. 缓冲区大小设置（setBufferSize(2048)）

7.2 录音文件杂音

• 解决方法：

  • 添加静音检测逻辑

  • 使用噪声抑制算法

  • 调整麦克风增益

7.3 延迟过高

• 优化方法：

  audioInput->setBufferSize(512);  // 减小缓冲区
  QThread::highPriority();         // 提升线程优先级

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8. 关键知识点总结

要点	说明
格式匹配	必须与硬件支持格式一致
实时性处理	避免在回调中进行耗时操作
资源释放	stop()后及时释放设备
跨平台差异	特别注意移动端权限问题