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【烙印教室】Android提高之模拟信号示波器

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    2015-6-13 18:59:25
    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。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):
    00.gif

    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:

    <linearlayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
            androidrientation="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"
                    androidrientation="horizontal">
                    <button android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/btnStart"
                            android:text="开始" android:layout_width="80dip">
                    <button android:layout_height="wrap_content" android:text="停止"
                            android:id="@+id/btnExit" android:layout_width="80dip">
                    <zoomcontrols android:layout_width="wrap_content"
                            android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX">
                    <zoomcontrols android:layout_width="wrap_content"
                            android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY">

            <surfaceview android:id="@+id/SurfaceView01"
                    android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent">

    复制代码
    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 inBuf = new ArrayList();
            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 = 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 buf = new ArrayList();
                                    synchronized (inBuf) {
                                            if (inBuf.size() == 0)
                                                    continue;
                                            buf = (ArrayList) 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 / 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
                    }
            }
    }
    复制代码
    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;
        @Override
        public 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() {
                            @Override
                            public 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() {
                            @Override
                            public 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() {
                            @Override
                            public 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() {
                            @Override
                            public 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;
                    }

            }
    }
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