Android提高第十一篇之模拟信号示波器

本文来自http://blog.youkuaiyun.com/hellogv/，引用必须注明出处！

上次简单地介绍了AudioRecord和AudioTrack的使用，这次就结合SurfaceView实现一个Android版的手机模拟信号示波器(PS：以前也讲过J2ME版的手机示波器)。最近物联网炒得很火，作为手机软件开发者，如何在不修改手机硬件电路的前提下实现与第三方传感器结合呢？麦克风就是一个很好的ADC接口，通过麦克风与第三方传感器结合，再在软件里对模拟信号做相应的处理，就可以提供更丰富的传感化应用。

先来看看本文程序运行的效果图(屏幕录像速度较慢，真机实际运行起来会更加流畅)：

本文程序使用8000hz的采样率，对X轴方向绘图的实时性要求较高，如果不降低X轴的分辨率，程序的实时性较差，因此程序对X轴数据缩小区间为8倍～16倍。由于采用16位采样，因此Y轴数据的高度相对于手机屏幕来说也偏大，程序也对Y轴数据做缩小，区间为1倍～10倍。在SurfaceView的OnTouchListener方法里加入了波形基线的位置调节，直接在SurfaceView控件上触摸即可控制整体波形偏上或偏下显示。

main.xml源码如下：

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1. <?xmlversion="1.0"encoding="utf-8"?>
2. <LinearLayoutxmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
3. android:orientation="vertical"android:layout_width="fill_parent"
4. android:layout_height="fill_parent">
5. <LinearLayoutandroid:id="@+id/LinearLayout01"
6. android:layout_height="wrap_content"android:layout_width="fill_parent"
7. android:orientation="horizontal">
8. <Buttonandroid:layout_height="wrap_content"android:id="@+id/btnStart"
9. android:text="开始"android:layout_width="80dip"></Button>
10. <Buttonandroid:layout_height="wrap_content"android:text="停止"
11. android:id="@+id/btnExit"android:layout_width="80dip"></Button>
12. <ZoomControlsandroid:layout_width="wrap_content"
13. android:layout_height="wrap_content"android:id="@+id/zctlX"></ZoomControls>
14. <ZoomControlsandroid:layout_width="wrap_content"
15. android:layout_height="wrap_content"android:id="@+id/zctlY"></ZoomControls>
16. </LinearLayout>
17. <SurfaceViewandroid:id="@+id/SurfaceView01"
18. android:layout_height="fill_parent"android:layout_width="fill_parent"></SurfaceView>
19. </LinearLayout>

ClsOscilloscope.java是实现示波器的类库，包含AudioRecord操作线程和SurfaceView绘图线程的实现，两个线程同步操作，代码如下：

view plain print ?

1. packagecom.testOscilloscope;
2. importjava.util.ArrayList;
3. importandroid.graphics.Canvas;
4. importandroid.graphics.Color;
5. importandroid.graphics.Paint;
6. importandroid.graphics.Rect;
7. importandroid.media.AudioRecord;
8. importandroid.view.SurfaceView;
9. publicclassClsOscilloscope{
10. privateArrayList<short[]>inBuf=newArrayList<short[]>();
11. privatebooleanisRecording=false;//线程控制标记
12. /**
13. *X轴缩小的比例
14. */
15. publicintrateX=4;
16. /**
17. *Y轴缩小的比例
18. */
19. publicintrateY=4;
20. /**
21. *Y轴基线
22. */
23. publicintbaseLine=0;
24. /**
25. *初始化
26. */
27. publicvoidinitOscilloscope(intrateX,intrateY,intbaseLine){
28. this.rateX=rateX;
29. this.rateY=rateY;
30. this.baseLine=baseLine;
31. }
32. /**
33. *开始
34. *
35. *@paramrecBufSize
36. *AudioRecord的MinBufferSize
37. */
38. publicvoidStart(AudioRecordaudioRecord,intrecBufSize,SurfaceViewsfv,
39. PaintmPaint){
40. isRecording=true;
41. newRecordThread(audioRecord,recBufSize).start();//开始录制线程
42. newDrawThread(sfv,mPaint).start();//开始绘制线程
43. }
44. /**
45. *停止
46. */
47. publicvoidStop(){
48. isRecording=false;
49. inBuf.clear();//清除
50. }
51. /**
52. *负责从MIC保存数据到inBuf
53. *
54. *@authorGV
55. *
56. */
57. classRecordThreadextendsThread{
58. privateintrecBufSize;
59. privateAudioRecordaudioRecord;
60. publicRecordThread(AudioRecordaudioRecord,intrecBufSize){
61. this.audioRecord=audioRecord;
62. this.recBufSize=recBufSize;
63. }
64. publicvoidrun(){
65. try{
66. short[]buffer=newshort[recBufSize];
67. audioRecord.startRecording();//开始录制
68. while(isRecording){
69. //从MIC保存数据到缓冲区
70. intbufferReadResult=audioRecord.read(buffer,0,
71. recBufSize);
72. short[]tmpBuf=newshort[bufferReadResult/rateX];
73. for(inti=0,ii=0;i<tmpBuf.length;i++,ii=i
74. *rateX){
75. tmpBuf[i]=buffer[ii];
76. }
77. synchronized(inBuf){//
78. inBuf.add(tmpBuf);//添加数据
79. }
80. }
81. audioRecord.stop();
82. }catch(Throwablet){
83. }
84. }
85. };
86. /**
87. *负责绘制inBuf中的数据
88. *
89. *@authorGV
90. *
91. */
92. classDrawThreadextendsThread{
93. privateintoldX=0;//上次绘制的X坐标
94. privateintoldY=0;//上次绘制的Y坐标
95. privateSurfaceViewsfv;//画板
96. privateintX_index=0;//当前画图所在屏幕X轴的坐标
97. privatePaintmPaint;//画笔
98. publicDrawThread(SurfaceViewsfv,PaintmPaint){
99. this.sfv=sfv;
100. this.mPaint=mPaint;
101. }
102. publicvoidrun(){
103. while(isRecording){
104. ArrayList<short[]>buf=newArrayList<short[]>();
105. synchronized(inBuf){
106. if(inBuf.size()==0)
107. continue;
108. buf=(ArrayList<short[]>)inBuf.clone();//保存
109. inBuf.clear();//清除
110. }
111. for(inti=0;i<buf.size();i++){
112. short[]tmpBuf=buf.get(i);
113. SimpleDraw(X_index,tmpBuf,rateY,baseLine);//把缓冲区数据画出来
114. X_index=X_index+tmpBuf.length;
115. if(X_index>sfv.getWidth()){
116. X_index=0;
117. }
118. }
119. }
120. }
121. /**
122. *绘制指定区域
123. *
124. *@paramstart
125. *X轴开始的位置(全屏)
126. *@parambuffer
127. *缓冲区
128. *@paramrate
129. *Y轴数据缩小的比例
130. *@parambaseLine
131. *Y轴基线
132. */
133. voidSimpleDraw(intstart,short[]buffer,intrate,intbaseLine){
134. if(start==0)
135. oldX=0;
136. Canvascanvas=sfv.getHolder().lockCanvas(
137. newRect(start,0,start+buffer.length,sfv.getHeight()));//关键:获取画布
138. canvas.drawColor(Color.BLACK);//清除背景
139. inty;
140. for(inti=0;i<buffer.length;i++){//有多少画多少
141. intx=i+start;
142. y=buffer[i]/rate+baseLine;//调节缩小比例，调节基准线
143. canvas.drawLine(oldX,oldY,x,y,mPaint);
144. oldX=x;
145. oldY=y;
146. }
147. sfv.getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);//解锁画布，提交画好的图像
148. }
149. }
150. }

testOscilloscope.java是主程序，控制UI和ClsOscilloscope，代码如下：

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1. packagecom.testOscilloscope;
2. importandroid.app.Activity;
3. importandroid.graphics.Color;
4. importandroid.graphics.Paint;
5. importandroid.media.AudioFormat;
6. importandroid.media.AudioRecord;
7. importandroid.media.MediaRecorder;
8. importandroid.os.Bundle;
9. importandroid.view.MotionEvent;
10. importandroid.view.SurfaceView;
11. importandroid.view.View;
12. importandroid.view.View.OnTouchListener;
13. importandroid.widget.Button;
14. importandroid.widget.ZoomControls;
15. publicclasstestOscilloscopeextendsActivity{
16. /**Calledwhentheactivityisfirstcreated.*/
17. ButtonbtnStart,btnExit;
18. SurfaceViewsfv;
19. ZoomControlszctlX,zctlY;
21. ClsOscilloscopeclsOscilloscope=newClsOscilloscope();
23. staticfinalintfrequency=8000;//分辨率
24. staticfinalintchannelConfiguration=AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO;
25. staticfinalintaudioEncoding=AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
26. staticfinalintxMax=16;//X轴缩小比例最大值,X轴数据量巨大，容易产生刷新延时
27. staticfinalintxMin=8;//X轴缩小比例最小值
28. staticfinalintyMax=10;//Y轴缩小比例最大值
29. staticfinalintyMin=1;//Y轴缩小比例最小值
31. intrecBufSize;//录音最小buffer大小
32. AudioRecordaudioRecord;
33. PaintmPaint;
34. @Override
35. publicvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){
36. super.onCreate(savedInstanceState);
37. setContentView(R.layout.main);
38. //录音组件
39. recBufSize=AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,
40. channelConfiguration,audioEncoding);
41. audioRecord=newAudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,frequency,
42. channelConfiguration,audioEncoding,recBufSize);
43. //按键
44. btnStart=(Button)this.findViewById(R.id.btnStart);
45. btnStart.setOnClickListener(newClickEvent());
46. btnExit=(Button)this.findViewById(R.id.btnExit);
47. btnExit.setOnClickListener(newClickEvent());
48. //画板和画笔
49. sfv=(SurfaceView)this.findViewById(R.id.SurfaceView01);
50. sfv.setOnTouchListener(newTouchEvent());
51. mPaint=newPaint();
52. mPaint.setColor(Color.GREEN);//画笔为绿色
53. mPaint.setStrokeWidth(1);//设置画笔粗细
54. //示波器类库
55. clsOscilloscope.initOscilloscope(xMax/2,yMax/2,sfv.getHeight()/2);
57. //缩放控件，X轴的数据缩小的比率高些
58. zctlX=(ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlX);
59. zctlX.setOnZoomInClickListener(newView.OnClickListener(){
60. @Override
61. publicvoidonClick(Viewv){
62. if(clsOscilloscope.rateX>xMin)
63. clsOscilloscope.rateX--;
64. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
65. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
66. }
67. });
68. zctlX.setOnZoomOutClickListener(newView.OnClickListener(){
69. @Override
70. publicvoidonClick(Viewv){
71. if(clsOscilloscope.rateX<xMax)
72. clsOscilloscope.rateX++;
73. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
74. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
75. }
76. });
77. zctlY=(ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlY);
78. zctlY.setOnZoomInClickListener(newView.OnClickListener(){
79. @Override
80. publicvoidonClick(Viewv){
81. if(clsOscilloscope.rateY>yMin)
82. clsOscilloscope.rateY--;
83. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
84. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
85. }
86. });
88. zctlY.setOnZoomOutClickListener(newView.OnClickListener(){
89. @Override
90. publicvoidonClick(Viewv){
91. if(clsOscilloscope.rateY<yMax)
92. clsOscilloscope.rateY++;
93. setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"
94. +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");
95. }
96. });
97. }
98. @Override
99. protectedvoidonDestroy(){
100. super.onDestroy();
101. android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());
102. }
104. /**
105. *按键事件处理
106. *@authorGV
107. *
108. */
109. classClickEventimplementsView.OnClickListener{
110. @Override
111. publicvoidonClick(Viewv){
112. if(v==btnStart){
113. clsOscilloscope.baseLine=sfv.getHeight()/2;
114. clsOscilloscope.Start(audioRecord,recBufSize,sfv,mPaint);
115. }elseif(v==btnExit){
116. clsOscilloscope.Stop();
117. }
118. }
119. }
120. /**
121. *触摸屏动态设置波形图基线
122. *@authorGV
123. *
124. */
125. classTouchEventimplementsOnTouchListener{
126. @Override
127. publicbooleanonTouch(Viewv,MotionEventevent){
128. clsOscilloscope.baseLine=(int)event.getY();
129. returntrue;
130. }
132. }
133. }