Android提高之模拟信号示波器的实现

前面简单地介绍了Android程序开发中AudioRecord和AudioTrack的使用，这次再结合SurfaceView实现一个Android版的手机模拟信号示波器。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（屏幕录像截图的速度较慢，真机实际运行起来会很流畅）：

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：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent"> <LinearLayout android:id="@+id/LinearLayout01" android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent" android:orientation="horizontal"> <Button android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/btnStart"android:text="开始" android:layout_width="80dip"></Button> <Button android:layout_height="wrap_content" android:text="停止"android:id="@+id/btnExit" android:layout_width="80dip"></Button> <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX"></ZoomControls> <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY"></ZoomControls> </LinearLayout> <SurfaceView android:id="@+id/SurfaceView01" android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent"></SurfaceView></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：

package com.testOscilloscope;import java.util.ArrayList;import android.graphics.Canvas;import android.graphics.Color;import android.graphics.Paint;import android.graphics.Rect;import android.media.AudioRecord;import android.view.SurfaceView;public class ClsOscilloscope { private ArrayList<short[]> inBuf = new ArrayList<short[]>（）; private boolean isRecording = false;// 线程控制标记 /** * X轴缩小的比例 */ public int rateX = 4; /** * Y轴缩小的比例 */ public int rateY = 4; /** * Y轴基线 */ public int baseLine = 0; /** * 初始化 */ public void initOscilloscope（int rateX, int rateY, int baseLine） { this.rateX = rateX; this.rateY = rateY; this.baseLine = baseLine; } /** * 开始 ** @param recBufSize *AudioRecord的MinBufferSize */ public void Start（AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,Paint mPaint） { isRecording = true; new RecordThread（audioRecord, recBufSize）.start（）;// 开始录制线程 new DrawThread（sfv, mPaint）.start（）;// 开始绘制线程 } /** * 停止 */ public void Stop（） { isRecording = false; inBuf.clear（）;// 清除 } /** * 负责从MIC保存数据到inBuf ** @author GV **/ class RecordThread extends Thread { private int recBufSize; private AudioRecord audioRecord; public RecordThread（AudioRecord audioRecord, int recBufSize） {this.audioRecord = audioRecord;this.recBufSize = recBufSize; } public void run（） {try {short[] buffer = new short[recBufSize];audioRecord.startRecording（）;// 开始录制while （isRecording） { // 从MIC保存数据到缓冲区 int bufferReadResult = audioRecord.read（buffer, 0,recBufSize）; short[] tmpBuf = new short[bufferReadResult / rateX]; for （int i = 0, ii = 0; i < tmpBuf.length; i++, ii = i* rateX） { tmpBuf[i] = buffer[ii]; } synchronized （inBuf） {// inBuf.add（tmpBuf）;// 添加数据 }}audioRecord.stop（）;} catch （Throwable t） {} } }; /** * 负责绘制inBuf中的数据 ** @author GV **/ class DrawThread extends Thread { private int oldX = 0;// 上次绘制的X坐标 private int oldY = 0;// 上次绘制的Y坐标 private SurfaceView sfv;// 画板 private int X_index = 0;// 当前画图所在屏幕X轴的坐标 private Paint mPaint;// 画笔 public DrawThread（SurfaceView sfv, Paint mPaint） {this.sfv = sfv;this.mPaint = mPaint; } public void run（） {while （isRecording） {ArrayList<short[]> buf = new ArrayList<short[]>（）;synchronized （inBuf） { if （inBuf.size（） == 0） continue; buf = （ArrayList<short[]>） inBuf.clone（）;// 保存 inBuf.clear（）;// 清除}for （int i = 0; i < buf.size（）; i++） { short[] tmpBuf = buf.get（i）; SimpleDraw（X_index, tmpBuf, rateY, baseLine）;// 把缓冲区数据画出来 X_index = X_index + tmpBuf.length; if （X_index > sfv.getWidth（）） { X_index = 0; }}} } /*** 绘制指定区域* * @param start*X轴开始的位置（全屏）* @param buffer*缓冲区* @param rate*Y轴数据缩小的比例* @param baseLine*Y轴基线*/ void SimpleDraw（int start, short[] buffer, int rate, int baseLine） {if （start == 0）oldX = 0;Canvas canvas = sfv.getHolder（）.lockCanvas（ new Rect（start, 0, start + buffer.length, sfv.getHeight（）））;// 关键:获取画布canvas.drawColor（Color.BLACK）;// 清除背景int y;for （int i = 0; i < buffer.length; i++） {// 有多少画多少int x = i + start;y = buffer[i] / rate + baseLine;// 调节缩小比例，调节基准线canvas.drawLine（oldX, oldY, x, y, mPaint）;oldX = x;oldY = y;}sfv.getHolder（）.unlockCanvasAndPost（canvas）;// 解锁画布，提交画好的图像 } }}

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

package com.testOscilloscope;import android.app.Activity;import android.graphics.Color;import android.graphics.Paint;import android.media.AudioFormat;import android.media.AudioRecord;import android.media.MediaRecorder;import android.os.Bundle;import android.view.MotionEvent;import android.view.SurfaceView;import android.view.View;import android.view.View.OnTouchListener;import android.widget.Button;import android.widget.ZoomControls;public class testOscilloscope extends Activity {/** Called when the activity is first created. */ Button btnStart,btnExit; SurfaceView sfv;ZoomControls zctlX,zctlY;ClsOscilloscope clsOscilloscope=new ClsOscilloscope（）; static final int frequency = 8000;//分辨率 static final int channelConfiguration = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO; static final int audioEncoding = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT; static final int xMax = 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 static final int xMin = 8;//X轴缩小比例最小值 static final int yMax = 10;//Y轴缩小比例最大值 static final int yMin = 1;//Y轴缩小比例最小值int recBufSize;//录音最小buffer大小 AudioRecord audioRecord; Paint mPaint;@Overridepublic void onCreate（Bundle savedInstanceState） {super.onCreate（savedInstanceState）;setContentView（R.layout.main）;//录音组件 recBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize（frequency,channelConfiguration, audioEncoding）; audioRecord = new AudioRecord（MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency,channelConfiguration, audioEncoding, recBufSize）; //按键 btnStart = （Button） this.findViewById（R.id.btnStart）; btnStart.setOnClickListener（new ClickEvent（））; btnExit = （Button） this.findViewById（R.id.btnExit）; btnExit.setOnClickListener（new ClickEvent（））; //画板和画笔 sfv = （SurfaceView） this.findViewById（R.id.SurfaceView01）;sfv.setOnTouchListener（new TouchEvent（））;mPaint = new Paint（）; mPaint.setColor（Color.GREEN）;// 画笔为绿色 mPaint.setStrokeWidth（1）;// 设置画笔粗细 //示波器类库clsOscilloscope.initOscilloscope（xMax/2, yMax/2, sfv.getHeight（）/2）;//缩放控件，X轴的数据缩小的比率高些 zctlX = （ZoomControls）this.findViewById（R.id.zctlX）; zctlX.setOnZoomInClickListener（new View.OnClickListener（） {@Overridepublic void onClick（View v） {if（clsOscilloscope.rateX>xMin） clsOscilloscope.rateX--;setTitle（"X轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍" +","+"Y轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）;} }）; zctlX.setOnZoomOutClickListener（new View.OnClickListener（） {@Overridepublic void onClick（View v） {if（clsOscilloscope.rateX<xMax） clsOscilloscope.rateX++; setTitle（"X轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍" +","+"Y轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）;} }）; zctlY = （ZoomControls）this.findViewById（R.id.zctlY）; zctlY.setOnZoomInClickListener（new View.OnClickListener（） {@Overridepublic void onClick（View v） {if（clsOscilloscope.rateY>yMin） clsOscilloscope.rateY--;setTitle（"X轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍" +","+"Y轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）;} }）;zctlY.setOnZoomOutClickListener（new View.OnClickListener（） {@Overridepublic void onClick（View v） {if（clsOscilloscope.rateY<yMax） clsOscilloscope.rateY++; setTitle（"X轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍" +","+"Y轴缩小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）;} }）;} @Override protected void onDestroy（） { super.onDestroy（）; android.os.Process.killProcess（android.os.Process.myPid（））; }/** * 按键事件处理 * @author GV * */ class ClickEvent implements View.OnClickListener { @Override public void onClick（View v） {if （v == btnStart） {clsOscilloscope.baseLine=sfv.getHeight（）/2;clsOscilloscope.Start（audioRecord,recBufSize,sfv,mPaint）;} else if （v == btnExit） {clsOscilloscope.Stop（）;} } } /** * 触摸屏动态设置波形图基线 * @author GV * */ class TouchEvent implements OnTouchListener{ @Override public boolean onTouch（View v, MotionEvent event） {clsOscilloscope.baseLine=（int）event.getY（）;return true; } }}

希望本文实例对于读者进行Android项目开发能起到一定的借鉴与帮助作用。