Android 录音详解（一）—— MediaRecorder、AudioRecord、生成wav格式、边录边播
2018-11-27 liuyingcong 安卓开发
越来越多的 APP 都用到了手机的录音功能，比如搜索、聊天、输入、K歌等...
本系列详细介绍 Android 中录音功能的实现，包括：
Android 录音详解（一）—— MediaRecorder、AudioRecord、生成wav格式、边录边播
Android 录音详解（二）—— 录制 mp3 格式音频（ lame 库编译及使用）
Android 录音详解（四）—— 录音添加背景音乐
Android 中的录音主要有两种方式 MediaRecorder 和 AudioRecord，下面分别介绍：
MediaRecorder（基于文件）
可以录制音、视频；
封装了录制、编码、压缩、线程等功能，直接生成可播放的音频文件；
优点：封装度高，操作简单
缺点：编码格式有限，.aac .amr .3gp，但是没有 mp3、wav 格式。
AudioRecord（基于字节流）
只能录制音频；
输出的是 PCM 的声音数据，如果保存成文件是不能直接播放的，需要编码；
可以捕获音频流，边录制边处理，比如编码、变声、添加背景音乐。
优点：更灵活
缺点：需自行处理编码、开线程等工作
应用场景：语音聊天、汤姆猫、K歌...
PCM：
Pulse Code Modulation（脉冲编码调制），是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的数字信号。
它不是一种音频格式，它是声音文件的元数据，也就是声音的内容，没有文件头。经过某种格式的压缩、编码算法处理以后，再加上这种格式的文件头，才是这种格式的音频文件。
音频参数：
采样频率：
自然界的声音转换成数字格式时，要对它进行采样，每秒钟采样的次数就是采样率。就好比电影的1秒24帧画面。最常用：44.1kHz。
采样位数：
一个采样样本用多少位二进制数编码，最常用：16位。
声道数：
分为单声道和双声道，双声道又叫立体声，双声道音频文件比单声道大一倍。
比特率（码率）：
每秒钟音频文件所占的 bit 数。单位 ：kbps（每秒千比特数）。比特率（原始音频 PCM） = 采样频率 * 采样位数 * 声道数，这是未经压缩的比特率，压缩后会远小于这个值。
采用44.1kHz采样频率、16位采样位数、双声道编码的原始音频 PCM 比特率为：1411.2 kbps 。而最常见的 mp3 格式的比特率为：128kbps，约 1MB/分钟。
编码格式：
将原始音频 PCM 采用特定压缩算法处理后，加上文件头，所保存成的文件的格式。例如 mp3、wav、aac...
编码格式：
mp3
是当今最流行的一种数字音频编码和有损压缩格式，就是将 PCM 通过算法进行压缩，常规 mp3 文件约为 1MB/分钟。
aac
是 mp3 的下一代格式，也是有损压缩，相对于mp3，aac 格式的音频更佳，文件更小。ios 平台也支持，跨平台性好。
wav
最流行的非压缩数据格式，微软开发。
amr
压缩比比较大，但相对其他的压缩格式质量比较差，多用于人声，通话录音。
riff
一种文件描述的格式，wav文件就采用了riff描述，前面44字节就是 riff 描述内容，就是文件头。
MediaRecorder
首先在 AndroidManifest 配置文件中添加录音权限：
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO"/>
当然 Android 6.0 以上还要动态获取权限，具体实现方式请百度之。
// 录音对象声明
private MediaRecorder mRecorder;
private void startRecording() {
// 创建录音对象
mRecorder = new MediaRecorder();
// 设置声音来源 MIC 即手机麦克风
mRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);
// 设置音频格式 aac
mRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.AAC_ADTS);
// 设置录音文件
mRecorder.setOutputFile(getExternalCacheDir() + "/demo.aac");
// 设置编码器
mRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AAC);
try {
// 准备录音
mRecorder.prepare();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 开始录音
mRecorder.start();
}
录音是耗时操作，但是，由于 MediaRecorder 已经封装了线程，故以上代码放在主线程即可。
MediaRecorder 是很占资源的，使用完毕需要释放掉：
private void stopRecording() {
// 停止录音
mRecorder.stop();
// 释放资源
mRecorder.release();
// 引用置空
mRecorder = null;
}
AudioRecord
首先在 AndroidManifest 配置文件中添加录音权限：
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO"/>
当然 Android 6.0 以上还要动态获取权限，具体实现方式请百度之。
// 录音状态
private boolean isRecording = true;
private void startRecording(){
// 耗时操作要开线程
new Thread(){
@Override
public void run() {
// 音源
int audioSource = MediaRecorder.AudioSource.MIC;
// 采样率
int sampleRate = 44100;
// 声道数
int channelConfig = AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO;//双声道
// 采样位数
int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
// 获取最小缓存区大小
int minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRate, channelConfig, audioFormat);
// 创建录音对象
AudioRecord audioRecord = new AudioRecord(audioSource, sampleRate, channelConfig, audioFormat, minBufferSize);
try {
// 创建随机读写流
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(getExternalCacheDir() + "/demo.wav", "rw");
// 留出文件头的位置
raf.seek(44);
byte[] buffer = new byte[minBufferSize];
// 录音中
audioRecord.startRecording();
isRecording = true;
while (isRecording) {
int readSize = audioRecord.read(buffer, 0, minBufferSize);
raf.write(buffer,0,readSize);
}
// 录音停止
audioRecord.stop();
audioRecord.release();
// 写文件头
WriteWaveFileHeader(raf, raf.length(),sampleRate,2,sampleRate*16*2/8);
raf.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}.start();
}
/**
* 为 wav 文件添加文件头，前提是在头部预留了 44字节空间
*
* @param raf
* 随机读写流
* @param fileLength
* 文件总长
* @param sampleRate
* 采样率
* @param channels
* 声道数量
* @param byteRate
* 码率 = 采样率 * 采样位数 * 声道数 / 8
* @throws IOException
*/
private void WriteWaveFileHeader(RandomAccessFile raf, long fileLength, long sampleRate, int channels, long byteRate) throws IOException {
long totalDataLen = fileLength + 36;
byte[] header = new byte[44];
header[0] = 'R'; // RIFF/WAVE header
header[1] = 'I';
header[2] = 'F';
header[3] = 'F';
header[4] = (byte) (totalDataLen & 0xff);
header[5] = (byte) ((totalDataLen >> 8) & 0xff);
header[6] = (byte) ((totalDataLen >> 16) & 0xff);
header[7] = (byte) ((totalDataLen >> 24) & 0xff);
header[8] = 'W';
header[9] = 'A';
header[10] = 'V';
header[11] = 'E';
header[12] = 'f'; // 'fmt ' chunk
header[13] = 'm';
header[14] = 't';
header[15] = ' ';
header[16] = 16; // 4 bytes: size of 'fmt ' chunk
header[17] = 0;
header[18] = 0;
header[19] = 0;
header[20] = 1; // format = 1
header[21] = 0;
header[22] = (byte) channels;
header[23] = 0;
header[24] = (byte) (sampleRate & 0xff);
header[25] = (byte) ((sampleRate >> 8) & 0xff);
header[26] = (byte) ((sampleRate >> 16) & 0xff);
header[27] = (byte) ((sampleRate >> 24) & 0xff);
header[28] = (byte) (byteRate & 0xff);
header[29] = (byte) ((byteRate >> 8) & 0xff);
header[30] = (byte) ((byteRate >> 16) & 0xff);
header[31] = (byte) ((byteRate >> 24) & 0xff);
header[32] = (byte) (2 * 16 / 8); // block align
header[33] = 0;
header[34] = 16; // bits per sample
header[35] = 0;
header[36] = 'd';
header[37] = 'a';
header[38] = 't';
header[39] = 'a';
header[40] = (byte) (fileLength & 0xff);
header[41] = (byte) ((fileLength >> 8) & 0xff);
header[42] = (byte) ((fileLength >> 16) & 0xff);
header[43] = (byte) ((fileLength >> 24) & 0xff);
raf.seek(0);
raf.write(header, 0, 44);
}
以下是停止录音的方法：
private void stopRecording() {
// 停止录音
isRecording = false;
}
边录边播（扩音器）
AudioRecord + AudioTrack
// 录音状态
private boolean isRecording = true;
private void start() {
// 耗时操作要开线程
new Thread() {
@Override
public void run() {
// 音源
int audioSource = MediaRecorder.AudioSource.MIC;
// 采样率
int sampleRate = 8000;
// 声道数
int channelConfig = AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO;//双声道
// 采样位数
int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT;
// 获取录音最小缓存区大小
int recorderBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRate, channelConfig, audioFormat);
// 创建录音对象
AudioRecord audioRecord = new AudioRecord(audioSource, sampleRate, channelConfig, audioFormat, recorderBufferSize);
// 音频类型
int streamType = AudioManager.STREAM_MUSIC;
// 静态音频还是音频流
int mode = AudioTrack.MODE_STREAM;
// 获取播放最小缓存区大小
int playerBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(sampleRate, channelConfig, audioFormat);
// 创建播放对象
AudioTrack audioTrack = new AudioTrack(streamType, sampleRate, channelConfig, audioFormat, playerBufferSize, mode);
// 缓存区
byte[] buffer = new byte[recorderBufferSize];
// 录音中
audioTrack.play();
audioRecord.startRecording();
isRecording = true;
while (isRecording) {
audioRecord.read(buffer, 0, recorderBufferSize);
audioTrack.write(buffer, 0, buffer.length);
}
// 录音停止
audioRecord.stop();
audioTrack.stop();
audioRecord.release();
audioTrack.release();
}
}.start();
}
停止录音和播放：
private void stop() {
// 停止录音
isRecording = false;
}
本篇介绍了 Android 中两种录音方式的对比，介绍了录音中会涉及到的参数和一些概念。用 MediaRecorder 实现了 aac 格式音频的录制，当然也可以录制 amr、3gp、mp4 格式；其他常用的格式如 wav，就需要用到 AudioRecord，以上也同样实现了，至于更常见的 mp3 格式的录制留在下一篇讲解。由于 AudioRecord 可以很方便的控制字节流，那么实时转码、边录边播功能都得以实现。