一文详解WebAudi绘制音频图谱

2023-03-09 17:36

短信预约 -IT技能 免费直播动态提醒

背景

前端处理音频，目前一些开源的插件和js库已经提供了非常好的支持。其中小编了解的比较多的是sound.js和wavasuffer.js这俩个库。其中sound.js是一个大而全的音频处理库，功能丰富，兼容性也处理的很好。wavesuffer则偏重于音频波形图绘制处理，相对比较轻量。小编此篇不在于比较二者的差异，而是和大家一起学习下如何自己实现一个简易的音频图谱绘制。

实现思路

先介绍下小编的整体思路吧。所谓的音频图谱，其实只是将声音的响度具象化为一个波形图，响度高对应的波形高，响度低波形也就低。所以第一步，我们可以通过xhr拿到一个音频文件的数据。那么，第二步便是如何处理这组数据，让数据能够比较真实的反应音频的响度。这时候就需要前端的Web Audio Api来发挥作用了，具体如何处理，我们后面详细说明。完成数据处理之后，最后一步就是需要根据数据绘制出波形图，这里我们使用canvas来做波形图的绘制。

获取音频文件

首先，我们利用fetch，来获取一个线上音频。这里，我们借用一下wavesuffer官网demo中用的线上音频来做示范。

// 音频url
let audioUrl = 'https://wavesurfer-js.org/example/media/demo.wav';
// 创建音频上下文
let audioCtx = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)();
// 创建音频源
let source = audioCtx.createBufferSource();

fetch(audioUrl, {
  method: 'GET',
  responseType: 'arraybuffer',
}).then(res => {
  return res.arrayBuffer();
}).then(data => {
  // 处理音频数据
  initAudio(data);
});

利用Web Audio Api 处理音频数据

拿到音频数据之后，我们需要利用Web Audio Api，来处理音频数据，实现音频的播放，暂停等操作以及我们后续的波形图绘制。这里简单介绍下，Web Audio Api是一组非常强大的Api，它提供了在Web中控制音频、处理音频的一整套有效通用的系统。它能够允许开发着，控制音频，自选音频源、对音频添加特效，使音频可视化，添加空间效果，添加混响等等。而我们今天要实现的功能，仅仅只用到了其中几个Api，整体流程如下：

// audio 初始化
function initAudio (data) {
  // 音频数据解码
  // decodeAudioData方法接收一个arrayBuffer数据作为参数，这也是为什么前面fetch音频时设置以arrayBuffer格式接收数据
  audioCtx.decodeAudioData(data).then(buffer => {
    // decodeAudioData解码完成后，返回一个AudioBuffer对象
    // 绘制音频波形图
    drawWave(buffer);
    // 连接音频源
    source.buffer = buffer;
    source.connect(audioCtx.destination);
    // 音频数据处理完毕
    alert('音频数据处理完毕!');
  });
}
// web audio 规范不允许音频自动播放，需要用户触发页面事件来触发播放，这里我们增加一个播放按钮，数据处理完毕后点击播放
document.querySelector('#btn').onclick = () => {
  // 播放音频
  source.start(0);
}

通过解码后的音频数据，绘制波形图

音频数据通过AudioContext解码后，返回一个AudioBuffer对象，这个对象，保存有音频的采样率、声道、pcm数据等信息。通过getChannelData方法可以获取到音频某个声道的pcm数据。返回的是一个Float32Array对象，数值范围在-1到1之间。音频数据比较庞大，每一秒钟可能包含成千上万的数据，因此我们在做图形绘制时，需要对数据进一步采样。比如，这里我们采用每1000条数据中，取一个最大值(正数)一个最小值(负数)来绘制图形；

// 绘制波形图
function drawWave (buffer) {
  // buffer.numberOfChannels返回音频的通道数量，1即为单声道，2代表双声道。这里我们只取一条通道的数据
  let data = [];
  let originData = buffer.getChannelData(0);
  // 存储所有的正数据
  let positives = [];
  // 存储所有的负数据
  let negatives = [];
  // 先每隔100条数据取1条
  for (let i = 0; i < originData.length; i += 100) {
    data.push(originData[i]);
  }
  // 再从data中每10条取一个最大值一个最小值
  for (let j = 0, len = parseInt(data.length / 10); j < len; j++) {
    let temp = data.slice(j * 10, (j + 1) * 10);
    positives.push(Math.max.apply(null, temp));
    negatives.push(Math.min.apply(null, temp));
  }
  // 创建canvas上下文
  let canvas = document.querySelector('#canvas');
  if (canvas.getContext) {
    let ctx = canvas.getContext('2d');
    canvas.width = positives.length;
    let x = 0;
    let y = 100;
    let offset = 0;
    ctx.fillStyle = '#fa541c';
    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(x, y);
    // canvas高度200，横坐标在canvas中点100px的位置，横坐标上方绘制正数据，下方绘制负数据
    // 先从左往右绘制正数据
    // x + 0.5是为了解决canvas 1像素线条模糊的问题
    for (let k = 0; k < positives.length; k++) {
      ctx.lineTo(x + k + 0.5, y - (100 * positives[k]));
    }
    // 再从右往左绘制负数据
    for (let l = negatives.length - 1; l >= 0; l--) {
      ctx.lineTo(x + l + 0.5, y + (100 * Math.abs(negatives[l])));
    }
    // 填充图形
    ctx.fill();
  }
};

这样，简单的音频波形图绘制就完成了。小编这里仅做抛砖引玉，简单介绍下Web Audio的一个应用场景。更多更复杂的应用，大家可以深入了解学习Web Audio相关api。最后，贴一下效果图：