【Android开发经验】移动设备的“声波通信/验证”的实现——SinVoice开源项目介绍(一)
转载请注明出处:http://blog.csdn.net/zhaokaiqiang1992
在APP市场上,常常有一些充满新意的应用让我们眼前一亮,比方微信的面对面加好友,支付宝的声波支付等等,都是通过声波的方式进行握手通信,今天这篇文章将介绍声波通信和声波验证的实现原理和代码实现。
首先介绍一下声波验证的原理。假设我们想发出声音,就必须震动,说话是声带在震动,手机能播放音乐是喇叭在震动。既然发出声音必须震动,那么就有震动快慢之分,我们把震动的快慢叫做声音的频率。频率低的声音低沉有力,能传播非常远的距离,比方说大象之间通信就是利用次声波,也就是频率非常低的声波进行的。而蝙蝠,我们都知道是通过超声波进行探路的,超声波就是震动频率比較高的声音。频率太高或者太低,人的耳朵都听不到,人耳的识别范围是20HZ-20000HZ。这里引出了一个单位,叫做赫兹(HZ),它是指一秒钟的震动次数。
知道什么是声音的频率之后,我们就能够開始介绍声波通信的原理了。既然不同的声音有不同的频率,那么我们就能够假设1000HZ的声音代表1,2000HZ的声音代表2,以此类推,我们就能够用不同的频率代表不同的数字组合。在接收到声波之后,再依据不同的频率解析成我们须要的数据就好。
假设我们想发出单频率的声音,我们就须要自己构造特定频率的正弦函数。手机喇叭在震动的时候,实际上是依据不同的电流带动鼓纸,进行不同频率的震动才发出声音的。而假设我们想要发出1000HZ的声音,我们就须要设计相应的正弦函数,来提供一定规律的电流。
既然说到我们要自己设计正弦函数,还有几个名词我要解释一下:
1.採样率
是指每一秒要採集的声音的次数。由于寻常我们说话的时候,产生的是模拟信号,就是时间连续的信号,假设我们想把语音录制下来怎么办呢?我们是做不到完全然全的都录制下来的,我们仅仅能每隔一段时间採集一次数据,将模拟信号转化成数字信号,因此,採样点的多少就影响到语音的质量了。假设採样点多,那么质量就高,听起来就和原声的区别小;相对的,採样点少,质量就次,听起来就和原声不一样。这就是採样率的作用。
2.採样定理
上面说道,假设採样率高,录音的质量就高,那么,是不是採样率越高越好呢?当然不是。随着採样率的提高,尽管质量提高了,可是採样的难度也相应的添加了,并且,採样出来的数据须要存储,採样率越高,产生的数据文件就越大,因此质量高的音乐比一般的音乐体积大。所以,我们通常要选用一个合适的採样率。在信号处理领域有一个定理叫做“採样定理”,也称“奈奎斯特定理”,内容是:假设採样的频率高于信号最高频率的两倍,採样之后的数字信号就能够完整的保留下原始信号中的信息。由于人的听力范围在20HZ-20000HZ,所以一般採样频率在44.1kHZ,也就是一分钟44100次。
在明确了这些预备知识之后,以下開始介绍开源项目SinVoice。
上面是整个项目的结构,圈中的基本的类,以下把几个重要的类的功能和注意点介绍一下。为了便于理解,我自己加入了一些凝视,并非有益侵占原作者的版权哈。
首先,我们先看一下究竟怎么用,以下是MainActivity的代码:
package com.example.sinvoicedemo; import android.app.Activity; import android.os.Bundle; import android.os.Handler; import android.os.Message; import android.view.View; import android.view.View.OnClickListener; import android.widget.TextView; import com.libra.sinvoice.LogHelper; import com.libra.sinvoice.SinVoicePlayer; import com.libra.sinvoice.SinVoiceRecognition; /** * * @ClassName: com.example.sinvoicedemo.MainActivity * @Description: 声波通信 * @author zhaokaiqiang * @date 2014-11-15 下午12:36:32 * */ public class MainActivity extends Activity implements SinVoiceRecognition.Listener, SinVoicePlayer.Listener { private final static String TAG = "MainActivity"; // 最大数字 private final static int MAX_NUMBER = 5; // 识别成功 private final static int MSG_SET_RECG_TEXT = 1; // 開始识别 private final static int MSG_RECG_START = 2; // 识别结束 private final static int MSG_RECG_END = 3; private final static String CODEBOOK = "12345"; private Handler mHanlder; // 播放 private SinVoicePlayer mSinVoicePlayer; // 录音 private SinVoiceRecognition mRecognition; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); mSinVoicePlayer = new SinVoicePlayer(CODEBOOK); mSinVoicePlayer.setListener(this); mRecognition = new SinVoiceRecognition(CODEBOOK); mRecognition.setListener(this); final TextView playTextView = (TextView) findViewById(R.id.play_text); mHanlder = new RegHandler((TextView) findViewById(R.id.regtext)); // 開始播放声音 findViewById(R.id.start_play).setOnClickListener(new OnClickListener() { @Override public void onClick(View arg0) { String text = genText(15); playTextView.setText(text); mSinVoicePlayer.play(text); } }); // 停止播放声音 findViewById(R.id.stop_play).setOnClickListener(new OnClickListener() { @Override public void onClick(View arg0) { mSinVoicePlayer.stop(); } }); // 開始声音识别 findViewById(R.id.start_reg).setOnClickListener(new OnClickListener() { @Override public void onClick(View arg0) { mRecognition.start(); } }); // 停止声音识别 findViewById(R.id.stop_reg).setOnClickListener(new OnClickListener() { @Override public void onClick(View arg0) { mRecognition.stop(); } }); } // 获取长度为count且最大值为MAX_NUMBER的随机数 private String genText(int count) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); int pre = 0; while (count > 0) { int x = (int) (Math.random() * MAX_NUMBER + 1); if (Math.abs(x - pre) > 0) { sb.append(x); --count; pre = x; } } return sb.toString(); } private static class RegHandler extends Handler { private StringBuilder mTextBuilder = new StringBuilder(); private TextView mRecognisedTextView; public RegHandler(TextView textView) { mRecognisedTextView = textView; } @Override public void handleMessage(Message msg) { switch (msg.what) { case MSG_SET_RECG_TEXT: char ch = (char) msg.arg1; mTextBuilder.append(ch); if (null != mRecognisedTextView) { mRecognisedTextView.setText(mTextBuilder.toString()); } break; case MSG_RECG_START: mTextBuilder.delete(0, mTextBuilder.length()); break; case MSG_RECG_END: LogHelper.d(TAG, "recognition end"); break; } } } @Override public void onRecognitionStart() { mHanlder.sendEmptyMessage(MSG_RECG_START); } @Override public void onRecognition(char ch) { mHanlder.sendMessage(mHanlder.obtainMessage(MSG_SET_RECG_TEXT, ch, 0)); } @Override public void onRecognitionEnd() { mHanlder.sendEmptyMessage(MSG_RECG_END); } @Override public void onPlayStart() { LogHelper.d(TAG, "start play"); } @Override public void onPlayEnd() { LogHelper.d(TAG, "stop play"); } }
我们能够看出,声波播放和识别的代码封装的非常easy易用,我主要强调以下几点
1.常量CODEBOOK是一个编码本,由于是这个功能能够商用,因此开源的代码中仅仅给出了使用12345这5个数字进行编码的实例,所以这个常量不要改动。
2.SinVoicePlayer和SinVoiceRecognition是两个非常重要的类,前者能够实现将数字转化成单频率的音频进行输出,后者则能够依据音频进行识别。我们能够设置监听器,来监听识别成功的事件回调。
3.genText(int count) 方法是为了获取一个长度是count的随机数,并且这个随机数是有要求的,由于演示样例代码仅仅实现了1到5的编码和解码,因此,生成的随机数必须在1到5之间才干进行正确的编解码,所以使用MAX_NUMBER进行随机数的大小控制
假设仅仅是想简单的使用这个功能,了解上面的知识之后,就全然能够用了,下一篇文章中,我将介绍实现过程中的一些细节问题,下一篇再见。
项目的Github地址:https://github.com/JesseGu/SinVoice