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  • Linux 对音频万能处理的命令——SOX

    what's the SOX

            SoX(即 Sound eXchange)是一个跨平台(Windows,Linux,MacOS 等)的命令行实用程序,可以将各种格式的音频文件转换为需要的其他格式。SoX 还可以对输入的音频文件应用各种效果,也支持在大多数平台上播放和录制音频文件。
    Windows下载链接:https://sourceforge.net/projects/sox/files/sox/

      SoX  可以读取写入常见格式的音频文件,并在此过程中选择性的加入一些声音效果。可以组合多个输入源及合成音效,在许多系统上也可以作为音频播放器多轨录音机使用。
    SoX 工具在大部分 Linux 系统上都可以直接通过软件包管理器安装

    sudo apt-get install sox # Linux
    brew install sox  # Mac 系统

    SoX 处理音频的基本流程如下:

      Input(s) -> Combiner -> Effects -> Output(s)

    SoX 工具的所有功能都可以通过一命令及相应的选项实现。它同时提供了 play 命令用于播放音频文件,rec 命令用于录制音频,以及 soxi 命令用于获取音频的文件头中包含的信息。

    上述几个命令的基本格式如下:

    SYNOPSIS
           sox [global-options] [format-options] infile1
                [[format-options] infile2] ... [format-options] outfile
                [effect [effect-options]] ...
    
           play [global-options] [format-options] infile1
                [[format-options] infile2] ... [format-options]
                [effect [effect-options]] ...
    
           rec [global-options] [format-options] outfile
                [effect [effect-options]] ...
           
           soxi [-V[level]] [-T] [-t|-r|-c|-s|-d|-D|-b|-B|-p|-e|-a] infile1 ...

    基本使用

    一、获取音频元数据
      soxi 或 sox --i 命令可以通过分析音频文件的文件头,获取其元数据(如通道数、采样率、编码等)。
    soxi Faded.wav
    '''
    Input File     : 'Faded.wav'
    Channels       : 2
    Sample Rate    : 44100
    Precision      : 16-bit
    Duration       : 00:03:32.63 = 9376836 samples = 15947 CDDA sectors
    File Size      : 37.5M
    Bit Rate       : 1.41M
    Sample Encoding: 16-bit Signed Integer PCM
    '''

      soxi 命令支持的所有选项及其含义如下:

    soxi
    Usage: soxi [-V[level]] [-T] [-t|-r|-c|-s|-d|-D|-b|-B|-p|-e|-a] infile1 '''
    -t  Show detected file-type
    -r  Show sample-rate
    -c  Show number of channels
    -s  Show number of samples (0 if unavailable)
    -d  Show duration in hours, minutes and seconds (0 if unavailable)
    -D  Show duration in seconds (0 if unavailable)
    -b  Show number of bits per sample (0 if not applicable)
    -B  Show the bitrate averaged over the whole file (0 if unavailable)
    -p  Show estimated sample precision in bits
    -e  Show the name of the audio encoding
    -a  Show file comments (annotations) if available
    
    With no options, as much information as is available is shown for
    each given file.
    '''

      soxi 命令跟上某个特定的选项可以只获取该选项对应的信息,如只显示某音频文件 Faded.wav 的比特率(Bit Rate):

    soxi -B Faded.wav # 1.41M

    二、获取音频的统计信息

      使用 sox <inputfile> -n stat 命令获取某音频文件的统计信息。示例如下:

    sox Faded.wav -n stat
    '''
    Samples read:          18753672
    Length (seconds):    212.626667
    Scaled by:         2147483647.0
    Maximum amplitude:     0.977417
    Minimum amplitude:    -0.977478
    Midline amplitude:    -0.000031
    Mean    norm:          0.229415
    Mean    amplitude:    -0.000006
    RMS     amplitude:     0.302594
    Maximum delta:         1.765564
    Minimum delta:         0.000000
    Mean    delta:         0.202369
    RMS     delta:         0.273320
    Rough   frequency:         6339
    Volume adjustment:        1.023
    '''
    View Code

    三、播放与录制

      play 和 rec 命令提供了最基本的播放和录制功能。

    play existing-file.wav # 播放
    rec new-file.wav # 录制
    
    # 上述命令等同于 sox 命令的如下形式:
    sox existing-file.wav −d # 播放
    sox −d new-file.wav # 录制
    # -d 选项用于指定播放或录制时使用的音频设备,不指定时则表示使用默认设备。 

      播放指定片段

    # 播放 foo.wav 文件中 10-15s 之间的音频片段
    play foo.wav trim 10.0 5.0
    # play foo.wav trim 10.0 =15.0

    四、音频格式转换

    音频数据主要有5个属性

    • 采样率(sample rate):指声音由模拟信号转换成数字信号的过程中,每秒从连续信号中提取的用于组成离散信号的样本个数。 音频CD所用的采样率为 44100 Hz,数字音频磁带和许多计算机系统使用 48000 Hz,专业级音频系统通常使用 96000 Hz。
    • 采样大小(sample size 或 Precision):音频采样时用于存储每个样本的数据位数(bits)。如今 16 bit 的采样大小已被广泛使用,24 bit 主要用于专业音频领域。
    • 编码格式(data encoding):即每个音频样本的表示(即“编码”)方式。常用的编码类型包括 floating-point、μ-law、ADPCM、singed-integer PCM、MP3 和 FLAC 等。
    • 通道(channel):即文件中包含的音频通道的数量。其中单声道(mono)和双声道(stereo)是最常见的两种,“环绕声”音频(Surround sound)通常包含六个或更多声道。
    • 比特率(Bit Rate):表示一个单位时间内编码音频信号占用的存储空间大小, 它的数值一般取决于所有的上述四个参数。 

      SoX 可以处理 self-describing 和 raw 格式的音频文件。 self-describing 格式(如 WAV、FLAC、MP3)的文件包含一个用于描述信号和编码属性的文件头,而 raw 或 headless 格式的音频则不包含这些信息。 所以当 raw 格式的音频作为输入文件时,需要在 sox 命令的格式选项里指定其信号和编码属性。

    常用的音频格式选项:

    选项描述
    -b, --bits BITS 每个编码样本占用的数据位数
    -c, --channels CHANNELS 音频文件包含的通道数
    -e, --encoding ENCODING 音频文件的编码类型
    -r, --rate RATE 音频文件的采样率
    -t, --type FILE-TYPE 音频文件的文件类型
    sox Faded.wav Faded.mp3 # 将wav文件转换成mp3
    
    # 将 Faded.wav 文件转换成单声道后输出
    sox Faded.wav -c 1 Faded-mono.wav
    
    #####
    sox −r 48k −e float −b 32 −c 2 input.raw output.wav

    音频效果

      SoX 工具可以在音频处理的过程中,对输入的音频数据应用众多的效果。
    可以使用如下命令查看所有效果的帮助信息:
    sox --help-effect all | less
    '''
    sox:      SoX v
    
    Effect usage:
    
    allpass frequency width[h|k|q|o]
    
    
    band [-n] center [width[h|k|q|o]]
    
    
    bandpass [-c] frequency width[h|k|q|o]
    
    
    bandreject frequency width[h|k|q|o]
    
    
    bass gain [frequency(100) [width[s|h|k|q|o]](0.5s)]
    
    
    bend [-f frame-rate(25)] [-o over-sample(16)] {start,cents,end}
    
    :
    '''
    
    # 也可以直接查看具体某个音频效果的使用方法:
    sox --help-effect echo
    '''
    sox:      SoX v
    
    Effect usage:
    
    echo gain-in gain-out delay decay [ delay decay ... ]
    '''
    View Code
    一、更改声道数
      将单声道音频转换成双声道
    sox foo.wav foostereo.wav channels 2
    # sox foo.wav -c 2 foostereo.wav

      但是上述命令并没有创建一个“真实”的双声道音频,而是将单声道音频复制成完全一致的两个声道再合并到输出文件中。 可以通过 sox 命令的 -M 选项将左右两个声道的单声道音频合并成一个双声道文件

    sox -M left.wav right.wav stereo.wav

      将双声道均一程单声道

    sox original.wav mono.wav channels 1
    # sox original.wav -c 1 mono.wav
    remix
      remix 效果也可以完成对声道数据的提取或融合
    # 提取双声道音频文件中单个声道的数据并作为单声道音频输出
    sox stereo.wav left.wav remix 1 # 提取左声道音频
    sox stereo.wav right.wav remix 2 # 提取右声道音频
    
    # 融合双声道文件中两个声道的音频数据并作为单声道音频输出
    sox stereo.wav mono.wav remix 1,2 
    # 或sox stereo.wav mono.wav remix 1-2

      此外,remix 还可以将输入文件中的多个声道数据分别进行融合。 如使用 -M 选项将两个双声道音频合并,再通过 remix 将合并得到的四个声道两两融合,生成一个只包含两个声道的输出文件。

    sox -M stereo1.wav stereo2.wav output.wav remix 1,3 2,4

    二、改变音量

    sox -v 0.5 input.wav output.wav # 音频放大 0.5 倍
    
    # 以 sox foo.wav -n stat -v 命令返回的数字作为放大倍数,将最大化 foo.wav 的音量而不至于出现削波
    sox foo.wav -n stat -v 2> vc
    sox -v `cat vc` foo.wav foo-maxed.wav
    
    sox --norm=-1 <inputfile> <outputfile> # 归一化音频响度

    三、提取文件的某个部分

      trim 接收两个参数,一个作为裁剪片段的起始位置,另一个作为该片段持续的时间。 可以使用整数+s格式的参数以样本个数作为计量单位,也可以直接使用 ((hh:)mm:)ss(.fs) 形式的时间参数。当参数为纯整数时,单位为秒。

    sox Input.wav Half1.wav trim 0 30:00 # 截取输入文件中前 30 分钟的音频
    sox Input.wav Half2.wav trim 30:00 30:00 # 截取输入文件中从第 30 分钟开始到第 60 分钟的音频
    四、拼接文件
    # 注意合并前的音频文件需保持一致的类型和采样率等
    sox Half1.wav Half2.wav Full.wav # 将 Half1.wav 和 Half2.wav 合并至 Full.wav 文件

    五、合成音频

      sox 命令可以通过 synth 效果合成许多标准波形和噪声类型。

    synth 支持合成的声音类型包括:sine、square、triangle、sawtooth、trapetz (trapezoidal)、exp (exponential)、whitenoise、pinknoise 和 brownnoise 

    sox -n sine.wav synth 1.0 sine 1000.0 # 合成频率为 1000 Hz 长度为 1 秒的正弦波

    六、静音效果

      sox 命令可以创建静音状态的音频片段,使用 -n 选项表示没有输入,通过 trim 效果指定需要静音的片段。

    # 在 slience.wav 文件中创建一段长度为 250ms 采样率为 48000Hz 的静音片段
    sox -n -r 48000 silence.wav trim 0.0 0.250 

    七、混合音频

      sox 命令的 -m 选项可以将两个音频文件混合以后生成输出文件。

      与前面的 -M 选项不同,-m 选项倾向于对声道数据的混合,即两个单声道文件通过 -m 混合以后输出仍是单声道数据。输出文件中的单个声道包含了输入的两个声道的特征。 而 -M 选项更倾向于对音频文件的合并,默认不对声道数据进行混合。所以两个单声道文件通过 -M 合并以后默认输出双声道音频。输出文件中的两个声道分别对应于输入的两个声道(数据没有混合)。除非通过 -c 选项手动指定输出文件的声道数量。 

    # 将 sine100.wav 和 sine250.wav 两个音频文件融合以后作为 sine100-250.wav 文件的音频数据
    sox -m sine100.wav sine250.wav sine100-250.wav
    
    # 将背景音乐(music.mp3)音量降低一半后与放大 2 倍音量的人声数据(speech.wav)融合
    sox -m -v0.5 music.mp3 -v2 speech.wav presentation.wav
    
    # 如果不确定融合效果,可以先通过 play 命令使用相同的参数对结果进行“预览”
    play -m -v0.5 music.mp3 -v2 speech.wav

    八、改变播放速度

      可以通过 stretch 效果改变音频文件的播放速度,同时不会导致音高的变化。

    play Faded.wav stretch 0.5 # 以 2x 倍速播放 Faded.wav 文件
    
    # 也可以通过 speed 效果调节播放速度(相应地音高也会发生变化)
    play Faded.wav speed 2
    
    # 可以使用 pitch 效果调节音频片段的音高,以音分(cents)为单位
    play Faded.wav pitch 200# 提高 2 个半音的音程(每一个半音的音程等于 100 音分)

    参考:https://www.jianshu.com/p/be8977de4a6b

                    

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