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  • Android提高第十一篇之模拟信号示波器

    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(PS：以前也讲过J2ME版的手机示波器)。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)：

           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：

    [xhtml] view plaincopyprint?
     
    1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>  
    2. <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"  
    3.     android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent"  
    4.     android:layout_height="fill_parent">  
    5.     <LinearLayout android:id="@+id/LinearLayout01"  
    6.         android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent"  
    7.         android:orientation="horizontal">  
    8.         <Button android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/btnStart"  
    9.             android:text="开始" android:layout_width="80dip"></Button>  
    10.         <Button android:layout_height="wrap_content" android:text="停止"  
    11.             android:id="@+id/btnExit" android:layout_width="80dip"></Button>  
    12.         <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"  
    13.             android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX"></ZoomControls>  
    14.         <ZoomControls android:layout_width="wrap_content"  
    15.             android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY"></ZoomControls>  
    16.     </LinearLayout>  
    17.     <SurfaceView android:id="@+id/SurfaceView01"  
    18.         android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent"></SurfaceView>  
    19. </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：

    [java] view plaincopyprint?
     
    1. package com.testOscilloscope;  
    2. import java.util.ArrayList;  
    3. import android.graphics.Canvas;  
    4. import android.graphics.Color;  
    5. import android.graphics.Paint;  
    6. import android.graphics.Rect;  
    7. import android.media.AudioRecord;  
    8. import android.view.SurfaceView;  
    9. public class ClsOscilloscope {  
    10.     private ArrayList<short[]> inBuf = new ArrayList<short[]>();  
    11.     private boolean isRecording = false;// 线程控制标记  
    12.     /** 
    13.      * X轴缩小的比例 
    14.      */  
    15.     public int rateX = 4;  
    16.     /** 
    17.      * Y轴缩小的比例 
    18.      */  
    19.     public int rateY = 4;  
    20.     /** 
    21.      * Y轴基线 
    22.      */  
    23.     public int baseLine = 0;  
    24.     /** 
    25.      * 初始化 
    26.      */  
    27.     public void initOscilloscope(int rateX, int rateY, int baseLine) {  
    28.         this.rateX = rateX;  
    29.         this.rateY = rateY;  
    30.         this.baseLine = baseLine;  
    31.     }  
    32.     /** 
    33.      * 开始 
    34.      *  
    35.      * @param recBufSize 
    36.      *            AudioRecord的MinBufferSize 
    37.      */  
    38.     public void Start(AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,  
    39.             Paint mPaint) {  
    40.         isRecording = true;  
    41.         new RecordThread(audioRecord, recBufSize).start();// 开始录制线程  
    42.         new DrawThread(sfv, mPaint).start();// 开始绘制线程  
    43.     }  
    44.     /** 
    45.      * 停止 
    46.      */  
    47.     public void Stop() {  
    48.         isRecording = false;  
    49.         inBuf.clear();// 清除  
    50.     }  
    51.     /** 
    52.      * 负责从MIC保存数据到inBuf 
    53.      *  
    54.      * @author GV 
    55.      *  
    56.      */  
    57.     class RecordThread extends Thread {  
    58.         private int recBufSize;  
    59.         private AudioRecord audioRecord;  
    60.         public RecordThread(AudioRecord audioRecord, int recBufSize) {  
    61.             this.audioRecord = audioRecord;  
    62.             this.recBufSize = recBufSize;  
    63.         }  
    64.         public void run() {  
    65.             try {  
    66.                 short[] buffer = new short[recBufSize];  
    67.                 audioRecord.startRecording();// 开始录制  
    68.                 while (isRecording) {  
    69.                     // 从MIC保存数据到缓冲区  
    70.                     int bufferReadResult = audioRecord.read(buffer, 0,  
    71.                             recBufSize);  
    72.                     short[] tmpBuf = new short[bufferReadResult / rateX];  
    73.                     for (int i = 0, ii = 0; i < tmpBuf.length; i++, ii = i  
    74.                             * rateX) {  
    75.                         tmpBuf[i] = buffer[ii];  
    76.                     }  
    77.                     synchronized (inBuf) {//  
    78.                         inBuf.add(tmpBuf);// 添加数据  
    79.                     }  
    80.                 }  
    81.                 audioRecord.stop();  
    82.             } catch (Throwable t) {  
    83.             }  
    84.         }  
    85.     };  
    86.     /** 
    87.      * 负责绘制inBuf中的数据 
    88.      *  
    89.      * @author GV 
    90.      *  
    91.      */  
    92.     class DrawThread extends Thread {  
    93.         private int oldX = 0;// 上次绘制的X坐标  
    94.         private int oldY = 0;// 上次绘制的Y坐标  
    95.         private SurfaceView sfv;// 画板  
    96.         private int X_index = 0;// 当前画图所在屏幕X轴的坐标  
    97.         private Paint mPaint;// 画笔  
    98.         public DrawThread(SurfaceView sfv, Paint mPaint) {  
    99.             this.sfv = sfv;  
    100.             this.mPaint = mPaint;  
    101.         }  
    102.         public void run() {  
    103.             while (isRecording) {  
    104.                 ArrayList<short[]> buf = new ArrayList<short[]>();  
    105.                 synchronized (inBuf) {  
    106.                     if (inBuf.size() == 0)  
    107.                         continue;  
    108.                     buf = (ArrayList<short[]>) inBuf.clone();// 保存  
    109.                     inBuf.clear();// 清除  
    110.                 }  
    111.                 for (int i = 0; i < buf.size(); i++) {  
    112.                     short[] tmpBuf = buf.get(i);  
    113.                     SimpleDraw(X_index, tmpBuf, rateY, baseLine);// 把缓冲区数据画出来  
    114.                     X_index = X_index + tmpBuf.length;  
    115.                     if (X_index > sfv.getWidth()) {  
    116.                         X_index = 0;  
    117.                     }  
    118.                 }  
    119.             }  
    120.         }  
    121.         /** 
    122.          * 绘制指定区域 
    123.          *  
    124.          * @param start 
    125.          *            X轴开始的位置(全屏) 
    126.          * @param buffer 
    127.          *            缓冲区 
    128.          * @param rate 
    129.          *            Y轴数据缩小的比例 
    130.          * @param baseLine 
    131.          *            Y轴基线 
    132.          */  
    133.         void SimpleDraw(int start, short[] buffer, int rate, int baseLine) {  
    134.             if (start == 0)  
    135.                 oldX = 0;  
    136.             Canvas canvas = sfv.getHolder().lockCanvas(  
    137.                     new Rect(start, 0, start + buffer.length, sfv.getHeight()));// 关键:获取画布  
    138.             canvas.drawColor(Color.BLACK);// 清除背景  
    139.             int y;  
    140.             for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {// 有多少画多少  
    141.                 int x = i + start;  
    142.                 y = buffer[i] / rate + baseLine;// 调节缩小比例，调节基准线  
    143.                 canvas.drawLine(oldX, oldY, x, y, mPaint);  
    144.                 oldX = x;  
    145.                 oldY = y;  
    146.             }  
    147.             sfv.getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);// 解锁画布，提交画好的图像  
    148.         }  
    149.     }  
    150. }  

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

    [java] view plaincopyprint?
     
    1. package com.testOscilloscope;  
    2. import android.app.Activity;  
    3. import android.graphics.Color;  
    4. import android.graphics.Paint;  
    5. import android.media.AudioFormat;  
    6. import android.media.AudioRecord;  
    7. import android.media.MediaRecorder;  
    8. import android.os.Bundle;  
    9. import android.view.MotionEvent;  
    10. import android.view.SurfaceView;  
    11. import android.view.View;  
    12. import android.view.View.OnTouchListener;  
    13. import android.widget.Button;  
    14. import android.widget.ZoomControls;  
    15. public class testOscilloscope extends Activity {  
    16.     /** Called when the activity is first created. */  
    17.     Button btnStart,btnExit;  
    18.     SurfaceView sfv;  
    19.     ZoomControls zctlX,zctlY;  
    20.       
    21.     ClsOscilloscope clsOscilloscope=new ClsOscilloscope();  
    22.       
    23.     static final int frequency = 8000;//分辨率  
    24.     static final int channelConfiguration = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO;  
    25.     static final int audioEncoding = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;  
    26.     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  
    27.     static final int xMin = 8;//X轴缩小比例最小值  
    28.     static final int yMax = 10;//Y轴缩小比例最大值  
    29.     static final int yMin = 1;//Y轴缩小比例最小值  
    30.       
    31.     int recBufSize;//录音最小buffer大小  
    32.     AudioRecord audioRecord;  
    33.     Paint mPaint;  
    34.     @Override  
    35.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
    36.         super.onCreate(savedInstanceState);  
    37.         setContentView(R.layout.main);  
    38.         //录音组件  
    39.         recBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,  
    40.                 channelConfiguration, audioEncoding);  
    41.         audioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency,  
    42.                 channelConfiguration, audioEncoding, recBufSize);  
    43.         //按键  
    44.         btnStart = (Button) this.findViewById(R.id.btnStart);  
    45.         btnStart.setOnClickListener(new ClickEvent());  
    46.         btnExit = (Button) this.findViewById(R.id.btnExit);  
    47.         btnExit.setOnClickListener(new ClickEvent());  
    48.         //画板和画笔  
    49.         sfv = (SurfaceView) this.findViewById(R.id.SurfaceView01);   
    50.         sfv.setOnTouchListener(new TouchEvent());  
    51.         mPaint = new Paint();    
    52.         mPaint.setColor(Color.GREEN);// 画笔为绿色    
    53.         mPaint.setStrokeWidth(1);// 设置画笔粗细   
    54.         //示波器类库  
    55.         clsOscilloscope.initOscilloscope(xMax/2, yMax/2, sfv.getHeight()/2);  
    56.           
    57.         //缩放控件，X轴的数据缩小的比率高些  
    58.         zctlX = (ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlX);  
    59.         zctlX.setOnZoomInClickListener(new View.OnClickListener() {  
    60.             @Override  
    61.             public void onClick(View v) {  
    62.                 if(clsOscilloscope.rateX>xMin)  
    63.                     clsOscilloscope.rateX--;  
    64.                 setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"  
    65.                         +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");  
    66.             }  
    67.         });  
    68.         zctlX.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {  
    69.             @Override  
    70.             public void onClick(View v) {  
    71.                 if(clsOscilloscope.rateX<xMax)  
    72.                     clsOscilloscope.rateX++;      
    73.                 setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"  
    74.                         +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");  
    75.             }  
    76.         });  
    77.         zctlY = (ZoomControls)this.findViewById(R.id.zctlY);  
    78.         zctlY.setOnZoomInClickListener(new View.OnClickListener() {  
    79.             @Override  
    80.             public void onClick(View v) {  
    81.                 if(clsOscilloscope.rateY>yMin)  
    82.                     clsOscilloscope.rateY--;  
    83.                 setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"  
    84.                         +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");  
    85.             }  
    86.         });  
    87.           
    88.         zctlY.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {  
    89.             @Override  
    90.             public void onClick(View v) {  
    91.                 if(clsOscilloscope.rateY<yMax)  
    92.                     clsOscilloscope.rateY++;      
    93.                 setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"  
    94.                         +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");  
    95.             }  
    96.         });  
    97.     }  
    98.     @Override  
    99.     protected void onDestroy() {  
    100.         super.onDestroy();  
    101.         android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());  
    102.     }  
    103.       
    104.     /** 
    105.      * 按键事件处理 
    106.      * @author GV 
    107.      * 
    108.      */  
    109.     class ClickEvent implements View.OnClickListener {  
    110.         @Override  
    111.         public void onClick(View v) {  
    112.             if (v == btnStart) {  
    113.                 clsOscilloscope.baseLine=sfv.getHeight()/2;  
    114.                 clsOscilloscope.Start(audioRecord,recBufSize,sfv,mPaint);  
    115.             } else if (v == btnExit) {  
    116.                 clsOscilloscope.Stop();  
    117.             }  
    118.         }  
    119.     }  
    120.     /** 
    121.      * 触摸屏动态设置波形图基线 
    122.      * @author GV 
    123.      * 
    124.      */  
    125.     class TouchEvent implements OnTouchListener{  
    126.         @Override  
    127.         public boolean onTouch(View v, MotionEvent event) {  
    128.             clsOscilloscope.baseLine=(int)event.getY();  
    129.             return true;  
    130.         }  
    131.           
    132.     }  
    133. } 
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