使用 Java 将 WAV 文件读入样本数组时即时转换采样率

Question

我有一组简短的 WAV 文件，我想使用各种数字信号处理算法在 Java 中处理这些文件。为此，我需要获取一个 int 值样本数组，以 11025 Hz 帧速率编码。

源文件有几种不同的采样率，包括 11025 Hz 和 44100 Hz。这是我试图用来阅读它们的代码：

// read the WAV file
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("test.wav"));
AudioInputStream audioInputStream = AudioSystem.getAudioInputStream(fileInputStream );

// copy the AudioInputStream to a byte array called buffer
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] data = new byte[4096];
int tempBytesRead = 0;
int byteCounter = 0;
while ((tempBytesRead = audioInputStream.read(data, 0, data.length)) != -1) {
  bos.write(data, 0, tempBytesRead);
            byteCounter += tempBytesRead;
}
bos.close();
byte[] buffer = bos.toByteArray();

AudioFileFormat audioFileFormat = new AudioFileFormat(AudioFileFormat.Type.WAVE, audioInputStream.getFormat(), (int)audioInputStream.getFrameLength());

// get the resulting sample array
int[] samples = new int[audioFileFormat.getFrameLength()];
for (int i = 0; i < samples.length; i++) {
  samples[i] = getSampleValue(i); // the getSampleValue method reads the sample values from the "buffer" array, handling different encoding types like PCM unsigned/signed, mono/stereo, 8 bit/16 bit
}

// RESULT: the "samples" array

问题是，代码不能正确处理不同的采样率。因此，对于 44100 Hz 帧速率，我得到的样本数量是 11025 Hz 帧速率的四倍。我希望生成的样本数组使用 11025 Hz 帧速率，而不管源文件的帧速率如何。在读取 AudioInputStream 时，我尝试强制 Java 为我转换帧速率，但出现类似于以下的异常：

java.lang.IllegalArgumentException: Unsupported conversion: PCM_SIGNED 11025.0 Hz, 16 bit, mono, 2 bytes/frame, 44100.0 frames/second, little-endian from PCM_SIGNED 44100.0 Hz, 16 bit, mono, 2 bytes/frame, little-endian
    at javax.sound.sampled.AudioSystem.getAudioInputStream(AudioSystem.java:955)

我阅读了 Java Sound API 教程：http://java.sun.com/docs/books/tutorial/sound/converters.html。 Java Sound API 似乎不支持我的操作系统（Windows 7）的这种转换。而且我想避免对任何外部库的依赖。有没有办法自己做采样率转换？

Answer 1

对于 > 11025 Hz 的采样率，您需要进行下采样，这是一个两阶段的过程。首先，您需要低通滤波器以满足 Nyquist 标准，然后您可以抽取，例如对于 44.1 kHz 采样率数据，您需要使用截止频率为 5.5 kHz 的低通滤波器，然后您可以丢弃每 4 个样本中的 3 个，以实现 4:1 的下采样率。对于要支持的每个下采样率，您需要使用不同的过滤器。

Answer 2

我相信接受的答案回答了另一个问题——它解决了同样的问题（对音频进行下采样），但以另一种方式（手动而不是使用 java 声音 API）。我也有同样的事情并深入研究了它。

这样做的正确方法（或 java sound API 方法）确实是（如 http://docs.oracle.com/javase/tutorial/sound/converters.html 中所建议的那样）

AudioFormat outDataFormat = new AudioFormat((float) 8000.0, (int) 8, (int) 1, true, false);
AudioInputStream lowResAIS = AudioSystem.getAudioInputStream(outDataFormat, inFileAIS);

问题是标准 java 不附带重采样（甚至立体声单声道转换）代码（或至少不在该部分代码中 - 请参阅 http://www.jsresources.org/faq_audio.html#convert_sample_rate）。

jsresources 页面也指出了答案：只需安装 2 个插件就可以了。最简单的方法是将这些插件安装在 Extensions 目录中，在 OSX Lion 上，这可以解决问题（前提是你有 wget）：

wget http://www.tritonus.org/tritonus_share-0.3.6.jar -O /Library/Java/Extensions/tritonus_share-0.3.6.jar
wget http://www.tritonus.org/tritonus_remaining-0.3.6.jar -O /Library/Java/Extensions/tritonus_remaining-0.3.6.jar

添加这 2 个 jar 文件后，一切正常（只是一个额外的警告：如果您想同时更改通道数和采样率，仍然不支持一步）。