在
Qt5 中实现
扬声器（或
麦克风）的
音频频谱图，通常涉及以下几个核心技术点：
1. 使用 `QAudioInput` 或 `QAudioOutput` 获取
音频数据（本例中我们以采集
麦克风输入为例，用于分析频谱）。
2. 对采集到的时域
音频信号进行 **快速傅里叶变换（FFT）**，转换为频域数据，得到频谱。
3. 使用 `QPainter`、`QWidget` 或 `QGraphicsView` 绘制频谱图，推荐使用 `QCustomPlot` 或自定义 `QWidget` 实现高效绘图。
下面是一个完整的 C++ 示例代码，展示如何在
Qt5 中实现一个实时
音频频谱图（基于
麦克风输入）：
---
### ✅ 功能说明：
- 使用默认
音频输入设备采集 PCM 数据。
- 使用 FFT（通过 KissFFT 库）将时域数据转为频域。
- 在自定义 `SpectrumWidget` 中实时绘制频谱柱状图。
> 注意：KissFFT 是一个轻量级的 FFT 库，需提前集成。也可以用 FFTW，但 KissFFT 更适合嵌入式和
Qt 项目。
---
### 步骤 1：添加依赖（KissFFT）
请下载 [KissFFT]
(https
://github.com/mborgerding/kissfft
) 并将其加入项目，或使用以下简化版本的复数结构与 FFT 调用方式（此处使用静态链接方式示意）。
---
### 主要代码如下（C++ /
Qt5）：
```cpp
// spectrumwidget.h
#ifndef SPECTRUMWIDGET_H
#define SPECTRUMWIDGET_H
#include <QWidget>
#include <QVector>
class SpectrumWidget
: public QWidget
{
Q_OBJECT
public
:
explicit SpectrumWidget
(QWidget *parent = nullptr
);
void setSpectrumData
(const QVector<double> &spectrum
);
protected
:
void paintEvent
(QPaintEvent *event
) override;
private
:
QVector<double> m_spectrum;
};
#endif // SPECTRUMWIDGET_H
```
```cpp
// spectrumwidget.cpp
#include "spectrumwidget.h"
#include <QPainter>
#include <QColor>
SpectrumWidget
::SpectrumWidget
(QWidget *parent
)
: QWidget
(parent
), m_spectrum
(256, 0.0
)
{
setMinimumHeight
(200
);
setAutoFillBackground
(false
);
}
void SpectrumWidget
::setSpectrumData
(const QVector<double> &spectrum
)
{
m_spectrum = spectrum;
update
(); // 触发重绘
}
void SpectrumWidget
::paintEvent
(QPaintEvent *event
)
{
Q_UNUSED
(event
);
QPainter painter
(this
);
painter.fillRect
(rect
(),
Qt::black
);
if
(m_spectrum.isEmpty
()) return;
const int nBars = m_spectrum.size
();
const int barWidth = width
() / nBars + 1;
const double maxLevel = 100.0; // 假设能量最大值归一化为100
painter.setPen
(Qt::NoPen
);
for
(int i = 0; i < nBars; ++i
) {
double value = m_spectrum[i];
int height = qBound
(0, static_cast<int>
(height
() * value / maxLevel
), height
());
QColor color
(0, 255 *
(value / maxLevel
), 255
); // 颜色随强度变化
painter.fillRect
(i * barWidth, height
() - height
(), barWidth - 1, height, color
);
}
}
```
```cpp
// audioinputhandler.h
#ifndef AUDIOINPUTHANDLER_H
#define AUDIOINPUTHANDLER_H
#include <QAudioInput>
#include <QByteArray>
#include <QIODevice>
#include <QObject>
#include <
QTimer>
#include "kiss_fft.h"
class AudioInputHandler
: public QObject, public QIODevice
{
Q_OBJECT
public
:
explicit AudioInputHandler
(QObject *parent = nullptr
);
void start
();
QVector<double> getSpectrum
() const { return m_spectrum; }
signals
:
void spectrumReady
();
private slots
:
void processAudio
();
protected
:
qint64 readData
(char *data, qint64 maxlen
) override;
qint64 writeData
(const char *data, qint64 len
) override;
private
:
QAudioInput *m_audioInput;
QByteArray m_buffer;
QVector<double> m_spectrum;
kiss_fft_cfg m_fftCfg;
int m_sampleRate;
int m_bufferSize;
void computeFFT
(const QVector<qint16> &samples
);
};
```
```cpp
// audioinputhandler.cpp
#include "audioinputhandler.h"
#include <QAudioFormat>
#include <QAudioDeviceInfo>
#include <QDebug>
#include <algorithm>
#include <cmath>
// 简化版 KissFFT 接口封装（确保已链接 kissfft）
extern "C" {
#include "kiss_fft.h"
}
AudioInputHandler
::AudioInputHandler
(QObject *parent
)
: QObject
(parent
), QIODevice
(parent
),
m_sampleRate
(44100
), m_bufferSize
(1024
)
{
QAudioFormat format;
format.setSampleRate
(m_sampleRate
);
format.setChannelCount
(1
);
format.setSampleSize
(16
);
format.setCodec
("audio/pcm"
);
format.setByteOrder
(QAudioFormat
::LittleEndian
);
format.setSampleType
(QAudioFormat
::SignedInt
);
QAudioDeviceInfo info = QAudioDeviceInfo
::defaultInputDevice
();
if
(!info.isFormatSupported
(format
)) {
qWarning
() << "Warning
: Desired format not supported, using nearest.";
format = info.nearestFormat
(format
);
}
m_audioInput = new QAudioInput
(format, this
);
open
(QIODevice
::WriteOnly
);
m_fftCfg = kiss_fft_alloc
(m_bufferSize, 0, nullptr, nullptr
); // 0=forward FFT
m_spectrum.resize
(m_bufferSize / 2
); // 只取正频率部分
}
void AudioInputHandler
::start
()
{
m_buffer.clear
();
m_audioInput->start
(this
);
QTimer *timer = new
QTimer
(this
);
connect
(timer, &
QTimer
::timeout, this, &AudioInputHandler
::processAudio
);
timer->start
(30
); // 每30ms处理一次频谱
}
void AudioInputHandler
::processAudio
()
{
if
(m_buffer.size
() < m_bufferSize * 2
) // 16位 = 2字节每样本
return;
QVector<qint16> samples
(m_bufferSize
);
const qint16 *rawData = reinterpret_cast<const qint16*>
(m_buffer.constData
());
for
(int i = 0; i < m_bufferSize; ++i
) {
samples[i] = rawData[i]; // 单通道直接读取
}
computeFFT
(samples
);
m_buffer.remove
(0, m_bufferSize * 2
); // 移动窗口
emit spectrumReady
();
}
qint64 AudioInputHandler
::readData
(char *data, qint64 maxlen
)
{
Q_UNUSED
(data
)
Q_UNUSED
(maxlen
)
return 0; // 我们不从中读取，只写入
}
qint64 AudioInputHandler
::writeData
(const char *data, qint64 len
)
{
m_buffer.append
(data, len
);
return len;
}
void AudioInputHandler
::computeFFT
(const QVector<qint16> &samples
)
{
// 创建输入输出缓冲区
kiss_fft_cpx *in = new kiss_fft_cpx[m_bufferSize];
kiss_fft_cpx *out = new kiss_fft_cpx[m_bufferSize];
for
(int i = 0; i < m_bufferSize; ++i
) {
in[i].r = static_cast<qint16>
(samples[i]
) / 32768.0f; // 归一化到 [-1,1]
in[i].i = 0.0f;
}
// 执行 FFT
kiss_fft
(m_fftCfg, in, out
);
// 计算幅值并填充频谱（仅前 N/2 项有意义）
for
(int i = 0; i < m_bufferSize / 2; ++i
) {
float re = out[i].r;
float im = out[i].i;
float mag = std
::sqrt
(re * re + im * im
);
// 对数缩放增强视觉效果
m_spectrum[i] = 20.0f * std
::log10
(mag + 1e-5f
) + 100; // 偏移显示
if
(m_spectrum[i] < 0
) m_spectrum[i] = 0;
}
delete[] in;
delete[] out;
}
```
```cpp
// mainwindow.h
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
#include <QMainWindow>
#include "spectrumwidget.h"
#include "audioinputhandler.h"
class MainWindow
: public QMainWindow
{
Q_OBJECT
public
:
MainWindow
(QWidget *parent = nullptr
);
private slots
:
void updateSpectrum
();
private
:
SpectrumWidget *m_spectrumWidget;
AudioInputHandler *m_audioInputHandler;
};
```
```cpp
// mainwindow.cpp
#include "mainwindow.h"
#include <QVBoxLayout>
#include <QWidget>
MainWindow
::MainWindow
(QWidget *parent
)
: QMainWindow
(parent
)
{
m_spectrumWidget = new SpectrumWidget
(this
);
setCentralWidget
(m_spectrumWidget
);
m_audioInputHandler = new AudioInputHandler
(this
);
connect
(m_audioInputHandler, &AudioInputHandler
::spectrumReady,
this, &MainWindow
::updateSpectrum
);
m_audioInputHandler->start
();
}
void MainWindow
::updateSpectrum
()
{
m_spectrumWidget->setSpectrumData
(m_audioInputHandler->getSpectrum
());
}
```
```cpp
// main.cpp
#include <QApplication>
#include "mainwindow.h"
int main
(int argc, char *argv[]
)
{
QApplication app
(argc, argv
);
MainWindow w;
w.show
();
return app.exec
();
}
```
---
### 🔧 编译说明：
1. 将 `kissfft`
源码加入项目（`kiss_fft.c`, `kiss_fft.h` 等），并在 `.pro` 文件中包含：
```pro
SOURCES += \
main.cpp \
spectrumwidget.cpp \
audioinputhandler.cpp \
mainwindow.cpp \
kiss_fft.c
HEADERS += \
spectrumwidget.h \
audioinputhandler.h \
mainwindow.h \
kiss_fft.h
```
2. 设置编译器支持 C++11：
```pro
CONFIG += c++11
```
---
### 📌 解释：
- **QAudioInput**：从
麦克风捕获原始 PCM 数据。
- **QIODevice 子类**：作为
音频数据的目标设备，接收实时
音频流。
- **FFT 分析**：将时域波形转换为频率成分，体现各频率的能量强度。
- **SpectrumWidget**：自定义绘图部件，动态显示柱状频谱图。
- **定时刷新**：每 30ms 更新一次画面，保证流畅性。
---
### ⚠️ 注意事项：
- 若想用于“
扬声器播放内容”的频谱（即回放监控），需使用 `QAudioOutput` 的反馈机制或 WASAPI Loopback（Windows 特有），
Qt 原生不支持
系统声音捕捉，需平台特定 API。
- 当前示例是 **
麦克风输入频谱**，若要监听
扬声器输出，必须使用操作
系统提供的 loopback 录音功能（如 Windows 的 `eRender` 设备）。
- 性能优化可考虑双缓冲、降采样、使用 OpenGL 绘图（
Qt Quick + Shader）等。
---
###
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本文介绍了如何使用Qt库进行立体声混音，记录麦克风和扬声器的声音。通过QAudioRecorder和QAudioEncoderSettings类，详细阐述了录制过程，并附带了效果视频链接和相关代码示例。
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