C#中使用DirectSound录音

来源http://blog.csdn.net/woaixiaozhe/article/details/7852824

原文地址：http://blog.donews.com/uplook/archive/2005/12/14/657145.aspx

注：1.原文有程序终止后仍有线程在运行的情况，这里修正了下；

2.DirectSound录音详细介绍：/article/2346071.html

3."Mixed mode assembly is built against version 'v1.1.4322' of the runtime and......"问题解决方案见：/article/2346072.html

一．声卡录音的基本原理

为了实现一个录音的基本过程，至少需要以下对象的支持：

1． 录音设备，对我们的PC设备就是声卡。这个录音设备可以进行的操作应该有开始和关闭。

2． 缓冲区，也就是录制的声音放在哪里的问题。

二．DirectSound对录音的描述模型

1． DirectSound对录音的支持类

Ø Capture，设备对象，可以看作是声卡的描述。

Ø CaptureBuffer，缓冲区对象，存放录入的音频数据。

Ø Notify，事件通知对象，由于录音是一个长时间的过程，因此使用一个缓冲队列（多个缓冲区）接收数据，每当一个缓冲区满的时候，系统使用这个对象通知应用程序取走这个缓冲区，并继续录音。

以上三个对象是进行录音操作的主要对象，由于在C++中对DirectSound的操作DirectX帮助文档中已经有很详细的说明，这里就不再赘述了。本文是针对Managed Code。除了以上三个主要的DirectSound类，还需要以下几个辅助类。

Ø WaveFormat，描述了进行录制的声音波形的格式，例如采样率，单声道还是立体声，每个采样点的长度等等。

Ø Thread，线程类，由于录音的过程是需要不断处理缓冲区满的事件，因此新建一个线程对此进行单独处理。

Ø AutoResetEvent，通知的事件，当缓冲区满的时候，使用该事件作为通知事件。

三．代码解析（SoundRecord类）

1．需要引用的程序集

#region 成员数据
private Capture mCapDev = null;              // 音频捕捉设备
private CaptureBuffer mRecBuffer = null;     // 缓冲区对象
private WaveFormat mWavFormat;               // 录音的格式

private int mNextCaptureOffset = 0;         // 该次录音缓冲区的起始点
private int mSampleCount = 0;               // 录制的样本数目

private Notify mNotify = null;               // 消息通知对象
public const int cNotifyNum = 16;           // 通知的个数
private int mNotifySize = 0;                // 每次通知大小
private int mBufferSize = 0;                // 缓冲队列大小
private Thread mNotifyThread = null;                 // 处理缓冲区消息的线程
private AutoResetEvent mNotificationEvent = null;    // 通知事件

private string mFileName = string.Empty;     // 文件保存路径
private FileStream mWaveFile = null;         // 文件流
private BinaryWriter mWriter = null;         // 写文件
#endregion

3． 对外操作的函数

#region 对外操作函数
/// <summary>
/// 构造函数,设定录音设备,设定录音格式.
/// <summary>
public SoundRecorder()
{
// 初始化音频捕捉设备
InitCaptureDevice();
// 设定录音格式
mWavFormat = CreateWaveFormat();
}

/// <summary>
/// 创建录音格式,此处使用16bit,16KHz,Mono的录音格式
/// <summary>
private WaveFormat CreateWaveFormat()
{
WaveFormat format = new WaveFormat();
format.FormatTag = WaveFormatTag.Pcm;   // PCM
format.SamplesPerSecond = 16000;        // 采样率：16KHz
format.BitsPerSample = 16;              // 采样位数：16Bit
format.Channels = 1;                    // 声道：Mono
format.BlockAlign = (short)(format.Channels * (format.BitsPerSample / 8));  // 单位采样点的字节数
format.AverageBytesPerSecond = format.BlockAlign * format.SamplesPerSecond;
return format;
// 按照以上采样规格，可知采样1秒钟的字节数为 16000*2=32000B 约为31K
}

/// <summary>
/// 设定录音结束后保存的文件,包括路径
/// </summary>
/// <param name="filename">保存wav文件的路径名</param>
public void SetFileName(string filename)
{
mFileName = filename;
}

/// <summary>
/// 开始录音
/// </summary>
public void RecStart()
{
// 创建录音文件
CreateSoundFile();
// 创建一个录音缓冲区，并开始录音
CreateCaptureBuffer();
// 建立通知消息,当缓冲区满的时候处理方法
InitNotifications();
mRecBuffer.Start(true);
}

/// <summary>
/// 停止录音
/// </summary>
public void RecStop()
{
mRecBuffer.Stop();      // 调用缓冲区的停止方法，停止采集声音
if (null != mNotificationEvent)
mNotificationEvent.Set();       //关闭通知
mNotifyThread.Abort();  //结束线程
RecordCapturedData();   // 将缓冲区最后一部分数据写入到文件中

// 写WAV文件尾
mWriter.Seek(4, SeekOrigin.Begin);
mWriter.Write((int)(mSampleCount + 36));   // 写文件长度
mWriter.Seek(40, SeekOrigin.Begin);
mWriter.Write(mSampleCount);                // 写数据长度

mWriter.Close();
mWaveFile.Close();
mWriter = null;
mWaveFile = null;
}
#endregion

4．内部调用函数

#region 对内操作函数
/// <summary>
/// 初始化录音设备,此处使用主录音设备.
/// </summary>
/// <returns>调用成功返回true,否则返回false</returns>
private bool InitCaptureDevice()
{
// 获取默认音频捕捉设备
CaptureDevicesCollection devices = new CaptureDevicesCollection();  // 枚举音频捕捉设备
Guid deviceGuid = Guid.Empty;

if (devices.Count>0)
deviceGuid = devices[0].DriverGuid;
else
{
MessageBox.Show("系统中没有音频捕捉设备");
return false;
}

// 用指定的捕捉设备创建Capture对象
try
{
mCapDev = new Capture(deviceGuid);
}
catch (DirectXException e)
{
MessageBox.Show(e.ToString());
return false;
}
return true;
}

/// <summary>
/// 创建录音使用的缓冲区
/// </summary>
private void CreateCaptureBuffer()
{
// 缓冲区的描述对象
CaptureBufferDescription bufferdescription = new CaptureBufferDescription();
if (null != mNotify)
{
mNotify.Dispose();
mNotify = null;
}
if (null != mRecBuffer)
{
mRecBuffer.Dispose();
mRecBuffer = null;
}
// 设定通知的大小,默认为1s钟
mNotifySize = (1024 > mWavFormat.AverageBytesPerSecond/8) ? 1024 : (mWavFormat.AverageBytesPerSecond / 8);
mNotifySize -= mNotifySize % mWavFormat.BlockAlign;
// 设定缓冲区大小
mBufferSize = mNotifySize * cNotifyNum;
// 创建缓冲区描述
bufferdescription.BufferBytes = mBufferSize;
bufferdescription.Format = mWavFormat;           // 录音格式
// 创建缓冲区
mRecBuffer = new CaptureBuffer(bufferdescription, mCapDev);
mNextCaptureOffset = 0;
}

/// <summary>
/// 初始化通知事件,将原缓冲区分成16个缓冲队列,在每个缓冲队列的结束点设定通知点.
/// </summary>
/// <returns>是否成功</returns>
private bool InitNotifications()
{
if (null == mRecBuffer)
{
MessageBox.Show("未创建录音缓冲区");
return false;
}
// 创建一个通知事件,当缓冲队列满了就激发该事件.
mNotificationEvent = new AutoResetEvent(false);
// 创建一个线程管理缓冲区事件
if (null == mNotifyThread)
{
mNotifyThread = new Thread(new ThreadStart(WaitThread));
mNotifyThread.Start();
}
// 设定通知的位置
BufferPositionNotify[] PositionNotify = new BufferPositionNotify[cNotifyNum + 1];
for (int i = 0; i < cNotifyNum; i++)
{
PositionNotify[i].Offset = (mNotifySize * i) + mNotifySize - 1;
PositionNotify[i].EventNotifyHandle = mNotificationEvent.SafeWaitHandle.DangerousGetHandle();
}
mNotify = new Notify(mRecBuffer);
mNotify.SetNotificationPositions(PositionNotify, cNotifyNum);
return true;
}

/// <summary>
/// 接收缓冲区满消息的处理线程
/// </summary>
private void WaitThread()
{
while (true)
{
// 等待缓冲区的通知消息
mNotificationEvent.WaitOne(Timeout.Infinite, true);
// 录制数据
RecordCapturedData();
}
}

/// <summary>
/// 将录制的数据写入wav文件
/// </summary>
private void RecordCapturedData()
{
byte[] CaptureData = null;
int ReadPos=0, CapturePos=0, LockSize=0;
mRecBuffer.GetCurrentPosition(out CapturePos, out ReadPos);
LockSize = ReadPos - mNextCaptureOffset;
if (LockSize < 0)       // 因为是循环的使用缓冲区，所以有一种情况下为负：当文以载读指针回到第一个通知点，而Ibuffeoffset还在最后一个通知处
LockSize += mBufferSize;
LockSize -= (LockSize % mNotifySize);   // 对齐缓冲区边界,实际上由于开始设定完整,这个操作是多余的.
if (0 == LockSize)
return;

// 读取缓冲区内的数据
CaptureData = (byte[])mRecBuffer.Read(mNextCaptureOffset, typeof(byte), LockFlag.None, LockSize);
// 写入Wav文件
mWriter.Write(CaptureData, 0, CaptureData.Length);
// 更新已经录制的数据长度.
mSampleCount += CaptureData.Length;
// 移动录制数据的起始点,通知消息只负责指示产生消息的位置,并不记录上次录制的位置
mNextCaptureOffset += CaptureData.Length;
mNextCaptureOffset %= mBufferSize; // Circular buffer
}

/// <summary>
/// 创建保存的波形文件,并写入必要的文件头.
/// </summary>
private void CreateSoundFile()
{
// Open up the wave file for writing.
mWaveFile = new FileStream(mFileName, FileMode.Create);
mWriter = new BinaryWriter(mWaveFile);
/**************************************************************************
Here is where the file will be created. A
wave file is a RIFF file, which has chunks
of data that describe what the file contains.
A wave RIFF file is put together like this:
The 12 byte RIFF chunk is constructed like this:
Bytes 0 - 3 :  'R' 'I' 'F' 'F'
Bytes 4 - 7 :  Length of file, minus the first 8 bytes of the RIFF description.
(4 bytes for "WAVE" + 24 bytes for format chunk length +
8 bytes for data chunk description + actual sample data size.)
Bytes 8 - 11: 'W' 'A' 'V' 'E'
The 24 byte FORMAT chunk is constructed like this:
Bytes 0 - 3 : 'f' 'm' 't' ' '
Bytes 4 - 7 : The format chunk length. This is always 16.
Bytes 8 - 9 : File padding. Always 1.
Bytes 10- 11: Number of channels. Either 1 for mono,  or 2 for stereo.
Bytes 12- 15: Sample rate.
Bytes 16- 19: Number of bytes per second.
Bytes 20- 21: Bytes per sample. 1 for 8 bit mono, 2 for 8 bit stereo or
16 bit mono, 4 for 16 bit stereo.
Bytes 22- 23: Number of bits per sample.
The DATA chunk is constructed like this:
Bytes 0 - 3 : 'd' 'a' 't' 'a'
Bytes 4 - 7 : Length of data, in bytes.
Bytes 8 -: Actual sample data.
***************************************************************************/
// Set up file with RIFF chunk info.
char[] ChunkRiff = {'R', 'I','F','F'};
char[] ChunkType = {'W','A','V','E'};
char[] ChunkFmt  = {'f','m','t',' '};
char[] ChunkData = {'d','a','t','a'};

short shPad = 1;                // File padding
int nFormatChunkLength = 0x10;  // Format chunk length.
int nLength = 0;                // File length, minus first 8 bytes of RIFF description. This will be filled in later.
short shBytesPerSample = 0;     // Bytes per sample.

// 一个样本点的字节数目
if (8 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels)
shBytesPerSample = 1;
else if ((8 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels) || (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 1 == mWavFormat.Channels))
shBytesPerSample = 2;
else if (16 == mWavFormat.BitsPerSample && 2 == mWavFormat.Channels)
shBytesPerSample = 4;

// RIFF 块
mWriter.Write(ChunkRiff);
mWriter.Write(nLength);
mWriter.Write(ChunkType);

// WAVE块
mWriter.Write(ChunkFmt);
mWriter.Write(nFormatChunkLength);
mWriter.Write(shPad);
mWriter.Write(mWavFormat.Channels);
mWriter.Write(mWavFormat.SamplesPerSecond);
mWriter.Write(mWavFormat.AverageBytesPerSecond);
mWriter.Write(shBytesPerSample);
mWriter.Write(mWavFormat.BitsPerSample);

// 数据块
mWriter.Write(ChunkData);
mWriter.Write((int)0);   // The sample length will be written in later.
}
#endregion

5．外部窗体调用方式

声明部分：

private SoundRecord recorder = null;    // 录音

窗体构造函数：

recorder = new SoundRecord();

启动录音按钮：

private void btnStart_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
//
// 录音设置
//
string wavfile = null;
wavfile = “test.wav”;
recorder.SetFileName(wavfile);
recorder.RecStart();
}

中止录音按钮：

private void btnStop_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
recorder.RecStop();
recorder = null;
}

6．需要添加的外部引用文件

在系统的System32目录下添加以下两个引用文件，如果没有，在DirectX的开发包内可以找到。

Microsoft.DirectX.dll

Microsoft.DirectX.DirectSound.dll