使用HTML5 API(AudioContext)实现可视化频谱效果

如今的HTML5技术正让网页变得越来越强大，通过其Canvas标签与AudioContext对象可以轻松实现之前在Flash或Native App中才能实现的频谱指示器的功能。

Demo: Cyandev Works - HTML5 Audio Visualizing

The AudioContext interface represents an audio-processing graph built from audio modules linked together, each represented by an AudioNode.

根据MDN的文档，AudioContext是一个专门用于音频处理的接口，并且工作原理是将AudioContext创建出来的各种节点(AudioNode)相互连接，音频数据流经这些节点并作出相应处理。

创建AudioContext对象

由于浏览器兼容性问题，我们需要为不同浏览器配置AudioContext，在这里我们可以用下面这个表达式来统一对AudioContext的访问。

var AudioContext = window.AudioContext || window.webkitAudioContext;

var audioContext = new AudioContext(); //实例化AudioContext对象

附. 浏览器兼容性

浏览器	Chrome	Firefox	IE	Opera	Safari
支持版本	10.0	25.0	不支持	15.0	6.0

当然，如果浏览器不支持的话，我们也没有办法，用IE的人们我想也不需要这些效果。但最佳实践是使用的时候判断一下上面声明的变量是否为空，然后再做其他操作。

解码音频文件

读取到的音频文件是二进制类型，我们需要让AudioContext先对其解码，然后再进行后续操作。

audioContext.decodeAudioData(binary, function(buffer) { ... });

方法decodeAudioData被调用后，浏览器将开始解码音频文件，这需要一定时间，我们应该让用户知道浏览器正在解码，解码成功后会调用传进去的回调函数，decodeAudioData还有第三个可选参数是在解码失败时调用的，我们这里就先不实现了。

创建音频处理节点

这是最关键的一步，我们需要两个音频节点：

• AudioBufferSourceNode

• AnalyserNode

前者是用于播放解码出来的buffer的节点，而后者是用于分析音频频谱的节点，两个节点顺次连接就能完成我们的工作。

创建AudioBufferSourceNode

var audioBufferSourceNode;

audioBufferSourceNode = audioContext.createBufferSource();

创建AnalyserNode

var analyser;

analyser = audioContext.createAnalyser();
analyser.fftSize = 256;

上面的fftSize是用于确定FFT大小的属性，那FFT是什么高三的博主还不知道，其实也不需要知道，总之最后获取到的数组长度应该是fftSize值的一半，还应该保证它是以2为底的幂。

连接节点

audioBufferSourceNode.connect(analyser);
analyser.connect(audioContext.destination);

上面的audioContext.destination是音频要最终输出的目标，我们可以把它理解为声卡。所以所有节点中的最后一个节点应该再连接到audioContext.destination才能听到声音。

播放音频

所有工作就绪，在解码完毕时调用的回调函数中我们就可以开始播放了。

audioBufferSourceNode.buffer = buffer; //回调函数传入的参数
audioBufferSourceNode.start(0); //部分浏览器是noteOn()函数，用法相同

参数代表播放起点，我们这里设置为0意味着从头播放。

文件读取

HTML5支持文件选择、读取的特性，我们利用这个特性可以实现不上传，即播放的功能。

HTML标签

在你的页面中找个位置插入：

<input id="fileChooser" type="file" />

Js逻辑

var file;

var fileChooser = document.getElementById('fileChooser');
fileChooser.onchange = function() {
    if (fileChooser.files[0]) {
        file = fileChooser.files[0];

        // Do something with 'file'...
    }
}

使用FileReader异步读取文件

var fileContent;

var fileReader = new FileReader();
fileReader.onload = function(e) {
    fileContent = e.target.result;

    // Do something with 'fileContent'...
}
fileReader.readAsArrayBuffer(file);

其实这里的fileContent就是上面AudioContext要解码的那个binary，至此两部分的工作就可以连起来了。

WARNING:

Chrome或Firefox浏览器的跨域访问限制会使FileReader在本地失效，Chrome用户可在调试时添加命令行参数：

chrome.exe --disable-web-security

Canvas绘制频谱

这一部分我不打算详细叙述，就提几个重点。

AnalyserNode数据解析

在绘制之前通过下面的方法获取到AnalyserNode分析的数据：

var dataArray = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount);
analyser.getByteFrequencyData(dataArray);

数组中每个元素是从0到fftSize属性值的数值，这样我们通过一定比例就能控制能量条的高度等状态。

requestAnimationFrame的使用

要使动画动起来，我们需要不断重绘Canvas标签里的内容，这就需要requestAnimationFrame这个函数了，它可以帮你以60fps的帧率绘制动画。

使用方法：

var draw = function() {
    // ...

    window.requestAnimationFrame(draw);
}

window.requestAnimationFrame(draw);

这段代码应该不难理解，就是一个类似递归的调用，但不是递归，有点像Android中的postInvalidate

实例代码

贴上我写的一段绘制代码：

var render = function() {
    ctx = canvas.getContext("2d");
    ctx.strokeStyle = "#00d0ff";
    ctx.lineWidth = 2;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); //清理画布

    var dataArray = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount);
    analyser.getByteFrequencyData(dataArray);
    var step = Math.round(dataArray.length / 60); //采样步长

    for (var i = 0; i < 40; i++) {
        var energy = (dataArray[step * i] / 256.0) * 50;
        for (var j = 0; j < energy; j++) {
            ctx.beginPath();
            ctx.moveTo(20 * i + 2, 200 + 4 * j);
            ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200 + 4 * j);
            ctx.stroke();
            ctx.beginPath();
            ctx.moveTo(20 * i + 2, 200 - 4 * j);
            ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200 - 4 * j);
            ctx.stroke();
        }
        ctx.beginPath();
        ctx.moveTo(20 * i + 2, 200);
        ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200);
        ctx.stroke();
    }

    window.requestAnimationFrame(render);
}

---

OK，大致就是这样，之后可以加一些css样式，完善一下业务逻辑，这里就不再阐释了。最后贴上整理好的全部代码：

HTML 部分

<html>
    <head>
        <title>HTML5 Audio Visualizing</title>
        <style type="text/css">
            body {
                background-color: #222222
            }

            input {
                color: #ffffff
            }

            #wrapper {
                display: table;
                 100%;
                height: 100%;
            }

            #wrapper-inner {
                display: table-cell;
                vertical-align: middle;
                padding-left: 25%;
                padding-right: 25%;
            }

            #tip {
                color: #fff;
                opacity: 0;
                transition: opacity 1s;
                -moz-transition: opacity 1s;
                -webkit-transition: opacity 1s;
                -o-transition: opacity 1s;
            }

            #tip.show {
                opacity: 1
            }
        </style>
        <script type="text/javascript" src="./index.js"></script>
    </head>

    <body>
        <div id="wrapper">
            <div id="wrapper-inner">
                <p id="tip">Decoding...</p>
                <input id="fileChooser" type="file" />
                <br>
                <canvas id="visualizer" width="800" height="400">Your browser does not support Canvas tag.</canvas>
            </div>
        </div>
    </body>
</html>

Js部分

var AudioContext = window.AudioContext || window.webkitAudioContext; //Cross browser variant.

var canvas, ctx;
var audioContext;
var file;
var fileContent;
var audioBufferSourceNode;
var analyser;

var loadFile = function() {
    var fileReader = new FileReader();
    fileReader.onload = function(e) {
        fileContent = e.target.result;
        decodecFile();
    }
    fileReader.readAsArrayBuffer(file);
}

var decodecFile = function() {
    audioContext.decodeAudioData(fileContent, function(buffer) {
        start(buffer);
    });
}

var start = function(buffer) {
    if(audioBufferSourceNode) {
        audioBufferSourceNode.stop();
    }

    audioBufferSourceNode = audioContext.createBufferSource();
    audioBufferSourceNode.connect(analyser);
    analyser.connect(audioContext.destination);
    audioBufferSourceNode.buffer = buffer;
    audioBufferSourceNode.start(0);
    showTip(false);
    window.requestAnimationFrame(render);
}

var showTip = function(show) {
    var tip = document.getElementById('tip');
    if (show) {
        tip.className = "show";
    } else {
        tip.className = "";
    }
}

var render = function() {
    ctx = canvas.getContext("2d");
    ctx.strokeStyle = "#00d0ff";
    ctx.lineWidth = 2;
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

    var dataArray = new Uint8Array(analyser.frequencyBinCount);
    analyser.getByteFrequencyData(dataArray);
    var step = Math.round(dataArray.length / 60);

    for (var i = 0; i < 40; i++) {
        var energy = (dataArray[step * i] / 256.0) * 50;
        for (var j = 0; j < energy; j++) {
            ctx.beginPath();
            ctx.moveTo(20 * i + 2, 200 + 4 * j);
            ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200 + 4 * j);
            ctx.stroke();
            ctx.beginPath();
            ctx.moveTo(20 * i + 2, 200 - 4 * j);
            ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200 - 4 * j);
            ctx.stroke();
        }
        ctx.beginPath();
        ctx.moveTo(20 * i + 2, 200);
        ctx.lineTo(20 * (i + 1) - 2, 200);
        ctx.stroke();
    }

    window.requestAnimationFrame(render);
}

window.onload = function() {
    audioContext = new AudioContext();
    analyser = audioContext.createAnalyser();
    analyser.fftSize = 256;

    var fileChooser = document.getElementById('fileChooser');
    fileChooser.onchange = function() {
        if (fileChooser.files[0]) {
            file = fileChooser.files[0];
            showTip(true);
            loadFile();
        }
    }

    canvas = document.getElementById('visualizer');
}