Numpy 在Python中使用实时麦克风音频音量读取

Python是一个非常强大的编程语言，可以用于许多领域，特别是音频处理方面。利用Python中的numpy库，我们可以轻松地实现音频处理操作。本文将介绍如何在Python中使用numpy库和ffmpeg等工具读取实时麦克风音频音量，并给出一些实际例子。

阅读更多：Numpy 教程

安装所需工具及库

在开始之前，需要安装几个工具和库。具体如下：
1. numpy库

pip install numpy

ffmpeg

ffmpeg是一个开源的音频和视频处理工具。如果你还没有安装它，可以从官方网站上下载安装包进行安装。安装后，可以在命令行中直接运行它。

读取麦克风实时音量

要读取麦克风实时音量，我们需要使用Python的麦克风库，例如pyaudio。安装它的方法如下：

pip install pyaudio

接下来，我们需要编写一个Python程序来读取麦克风实时音量。请参考以下示例代码：

import numpy as np
import pyaudio

# 初始化PyAudio
p = pyaudio.PyAudio()

# 打开麦克风
stream = p.open(format=pyaudio.paInt16, channels=1, rate=44100, input=True, frames_per_buffer=1024)

# 循环读取麦克风音量
while True:
    # 读取一帧音频数据
    data = np.fromstring(stream.read(1024), dtype=np.int16)

    # 计算音量
    volume = np.max(data)
    print(volume)

# 关闭麦克风
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()

在这个示例中，我们使用了numpy和pyaudio库来读取麦克风实时音量。我们不停地从麦克风中读取音频数据，并计算每个帧的最大音量。最后，输出音量值。

将音频数据写入文件

除了读取实时音量，我们也可以将音频数据写入文件中，用于后续处理。

要实现这一步，我们需要在上面的示例程序中添加一些代码。具体来说，我们需要使用ffmpeg工具，将音频数据写入文件中。

下面是一个示例代码：

import numpy as np
import pyaudio
import subprocess

# 初始化PyAudio
p = pyaudio.PyAudio()

# 打开麦克风
stream = p.open(format=pyaudio.paInt16, channels=1, rate=44100, input=True, frames_per_buffer=1024)

# 初始化FFmpeg命令
command = ['ffmpeg',
           '-y',
           '-f', 's16le', 
           '-ar', '44100', 
           '-ac', '1', 
           '-i', '-', 
           '-f', 'wav', 
           '-']

# 开始FFmpeg进程
proc = subprocess.Popen(command, stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)

# 循环读取麦克风音量
while True:
    # 读取一帧音频数据
    data = np.fromstring(stream.read(1024), dtype=np.int16)

    # 计算音量
    volume = np.max(data)

    # 将音频数据写入FFmpeg进程
    proc.stdin.write(data.tobytes())

    print(volume)

# 关闭FFmpeg进程
proc.stdin.close()
proc.wait()

# 关闭麦克风
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()

在这个示例中，我们使用了subprocess库来运行ffmpeg命令行进程，将音频数据写入wav文件中。在循环中，我们不停地从麦克风中读取音频数据，并计算每个帧的最大音量。最后，输出音量值。

可视化音量数据

最后，我们也可以将麦克风实时音量数据可视化。这对于音频处理任务非常有用。下面的示例代码演示如何使用matplotlib库可视化音量数据：

import numpy as np
import pyaudio
import matplotlib.pyplot as plt

# 初始化PyAudio
p = pyaudio.PyAudio()

# 打开麦克风
stream = p.open(format=pyaudio.paInt16, channels=1, rate=44100, input=True, frames_per_buffer=1024)

# 创建一个图形窗口
fig, ax = plt.subplots(1, figsize=(15, 7))

# 创建一个包含音量数据的数组
data = np.zeros(1024, dtype=np.int16)

# 创建一个水平的条形图
bar = ax.bar(np.arange(1024), data)

# 通过设置ylim()函数来限制y轴的范围
ax.set_ylim(0, 2**16)

# 循环读取麦克风音量
while True:
    # 读取一帧音频数据
    data = np.fromstring(stream.read(1024), dtype=np.int16)

    # 计算音量
    volume = np.max(data)

    # 设置条形图的高度
    for i in range(1024):
        bar[i].set_height(data[i])

    # 更新图形
    fig.canvas.draw_idle()

# 关闭麦克风
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()

在这个示例中，我们使用了matplotlib库将麦克风实时音量数据可视化。我们创建了一个包含音量数据的数组，并创建了一个水平的条形图。在循环中，我们不停地从麦克风中读取音频数据，并计算每个帧的最大音量。然后，我们使用set_height()函数来设置条形图的高度，并使用draw_idle()函数更新图形。