Java 中 50% 重叠的 .wav 文件帧分割指南

在 Java 中以 50% 重叠分割 .wav 文件的帧

问题

需要以 50% 的重叠在 Java 中将 .wav 文件分割为帧。帧大小和重叠量应可配置，以便适应不同的音频分析需求。

解决方案

步骤 1：确定帧大小和重叠量

帧大小应是 2 的幂（如 1024、2048 或 4096 个样本）以实现快速傅立叶变换 (FFT) 的有效性。重叠量是连续帧之间样本的数量，对于 50% 的重叠，应为帧大小的一半。

步骤 2：读取和帧化音频数据

使用 Java 音频库或第三方库（如 jwavlib）读取 .wav 文件。将音频数据提取到字节数组中，然后将其分为预先确定的帧大小的帧。

步骤 3：创建重叠

在帧之间创建重叠。这可以通过将上一帧的末尾样本与下一帧的开头样本连接起来来实现。重叠量应等于帧大小的一半。

步骤 4：返回帧

将帧化和重叠的音频数据作为帧数组返回，可以进一步用于音频分析。

实现

可以使用以下代码段在 Java 中实现此解决方案：

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;

import javax.sound.sampled.AudioFormat;
import javax.sound.sampled.AudioInputStream;
import javax.sound.sampled.AudioSystem;

public class FrameSplitter {

    public static ArrayList<float[]> split(File wavFile, int frameSize, double overlapPercentage) throws IOException {
        // 提取音频数据
        AudioInputStream audioInputStream = AudioSystem.getAudioInputStream(wavFile);
        AudioFormat audioFormat = audioInputStream.getFormat();

        int numChannels = audioFormat.getChannels();
        int sampleSizeInBits = audioFormat.getSampleSizeInBits();
        int sampleRate = (int) audioFormat.getSampleRate();

        byte[] audioData = new byte[(int) audioInputStream.getFrameLength() * audioFormat.getFrameSize()];
        audioInputStream.read(audioData);

        // 帧大小和重叠量
        int overlapSize = (int) (frameSize * overlapPercentage);

        // 分配帧数组
        int numFrames = (audioData.length - overlapSize) / (frameSize - overlapSize);
        ArrayList<float[]> frames = new ArrayList<>(numFrames);

        // 帧化音频数据
        for (int i = 0; i < numFrames; i++) {
            float[] frame = new float[frameSize];
            for (int j = 0; j < frameSize; j++) {
                int sampleIndex = i * (frameSize - overlapSize) + j;
                frame[j] = (float) ((audioData[sampleIndex] << 8) | (audioData[sampleIndex + 1] & 0xFF)) / Short.MAX_VALUE;
            }
            frames.add(frame);
        }

        return frames;
    }
}

常见问题解答

1. 如何调整帧大小和重叠量？

   • 将 frameSize 和 overlapPercentage 参数传递给 split 方法以调整帧大小和重叠量。

2. 为什么帧大小和重叠量很重要？

   • 帧大小决定了音频分析的分辨率，而重叠量影响了帧之间的平滑度和连续性。

3. 这个解决方案可以用于实时音频流吗？

   • 是的，但是需要修改以处理连续的音频流，而不是文件。

4. 我可以在哪里找到其他音频处理工具？

   • jwavlib、Kaldi 和 librosa 等第三方库提供了广泛的音频处理功能。

5. 如何优化这个解决方案？

   • 为了提高效率，可以考虑使用并行处理和内存映射。