Pebble Coding

ソフトウェアエンジニアによるIT関連技術や数学の備忘録

swift3でCoreAudioを使う 録音編

CoreAudio/swift3で録音を行うサンプルです。
iPhoneのマイクから取得した音声データをレベル値に変換して画面に表示します。

import Foundation
import AVFoundation
import AudioUnit

class MyAudioRecorder: NSObject {
    var level: Float  = 0.0
    var frameCount: UInt32 = 0

    private var _audioUnit: AudioUnit?   
    private var _abl: AudioBufferList?
    private let kInputBus: UInt32 =  1
    private let kNumberOfChannels: Int =  1
    
    func start() {
        // AudioSession セットアップ
        do {
            let audioSession = AVAudioSession.sharedInstance()
            try audioSession.setCategory(AVAudioSessionCategoryRecord)            
            try audioSession.setActive(true)
        } catch {
        }
        // CoreAudio セットアップ
        var componentDesc:  AudioComponentDescription
            = AudioComponentDescription(
                componentType:          OSType(kAudioUnitType_Output),
                componentSubType:       OSType(kAudioUnitSubType_RemoteIO),
                componentManufacturer:  OSType(kAudioUnitManufacturer_Apple),
                componentFlags:         UInt32(0),
                componentFlagsMask:     UInt32(0) )
        
        let component: AudioComponent! = AudioComponentFindNext(nil, &componentDesc)
        var tau: AudioUnit?
        AudioComponentInstanceNew(component, &tau)
        _audioUnit = tau
        
        guard let au = _audioUnit else { 
            return
        }
        // RemoteIO のマイクを有効にする
        var enable: UInt32 = 1
        AudioUnitSetProperty(au,
                             kAudioOutputUnitProperty_EnableIO,
                             kAudioUnitScope_Input,
                             kInputBus,
                             &enable,
                             UInt32(MemoryLayout<UInt32>.size))

        // マイクから取り出すデータフォーマット
        // 32bit float, linear PCM
        guard let fmt = AVAudioFormat(standardFormatWithSampleRate: 44100, 
                                      channels: UInt32(kNumberOfChannels)) else {
            return
        }
        
        // RemoteIO のマイクバスから取り出すフォーマットを設定
        AudioUnitSetProperty(au,
                             kAudioUnitProperty_StreamFormat,
                             kAudioUnitScope_Output,
                             kInputBus,
                             fmt.streamDescription,
                             UInt32(MemoryLayout<AudioStreamBasicDescription>.size))

        // AudioUnit に録音コールバックを設定
        var inputCallbackStruct
            = AURenderCallbackStruct(inputProc: recordingCallback,
                                     inputProcRefCon:
                UnsafeMutableRawPointer(Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()))
        AudioUnitSetProperty(au,
                             AudioUnitPropertyID(kAudioOutputUnitProperty_SetInputCallback),
                             AudioUnitScope(kAudioUnitScope_Global),
                             kInputBus,
                             &inputCallbackStruct,
                             UInt32(MemoryLayout<AURenderCallbackStruct>.size))
        
        // データ取り出し時に使う AudioBufferListの設定
        _abl = AudioBufferList(
            mNumberBuffers: 1,
            mBuffers: AudioBuffer(
                mNumberChannels: fmt.channelCount,
                mDataByteSize: fmt.streamDescription.pointee.mBytesPerFrame,
                mData: nil))

        AudioUnitInitialize(au)
        AudioOutputUnitStart(au)
    }
    
    let recordingCallback: AURenderCallback = { (
        inRefCon,
        ioActionFlags,
        inTimeStamp,
        inBusNumber,
        frameCount,
        ioData ) -> OSStatus in
        
        let audioObject = unsafeBitCast(inRefCon, to: MyAudioRecorder.self)

        if let au = audioObject._audioUnit {
            // マイクから取得したデータを取り出す
            AudioUnitRender(audioObject._audioUnit!,
                                ioActionFlags,
                                inTimeStamp,
                                inBusNumber,
                                frameCount,
                                &audioObject._abl!)
        }
        audioObject.frameCount = frameCount
        let inputDataPtr = UnsafeMutableAudioBufferListPointer(&audioObject._abl!)
        let mBuffers: AudioBuffer = inputDataPtr[0]
        let bufferPointer = UnsafeMutableRawPointer(mBuffers.mData)
        if let bptr = bufferPointer {
            let dataArray = bptr.assumingMemoryBound(to: Float.self)
            // マイクから取得したデータからRMS(RootMeanSquare)レベルを計算する
            var sum:Float = 0.0
            if frameCount > 0 {
                for i in 0 ..< Int(frameCount) {
                    sum += (dataArray[i]*dataArray[i])
                }
                audioObject.level = sqrt(sum / Float(frameCount))
            }
        }
        return 0
    }
}

まず、Info.plistに
Privacy - Microphone Usage Description
の項目を追加します。
これを行わないとiPhoneのマイクが使えません。

次に、オーディオセッションのカテゴリを録音にします。

let audioSession = AVAudioSession.sharedInstance()
try audioSession.setCategory(AVAudioSessionCategoryRecord)            
try audioSession.setActive(true)

録音を行う RemoteIO を作り、RemoteIO のマイクを有効にします。

マイクから取り出すデータフォーマットを設定します。
ここでは、32bit float モノラル サンプルレート44.1kHzとしました。 RemoteIOに録音コールバック関数を設定します。

録音を開始すると、例えば1024サンプル録音される毎にこのコールバック関数が呼ばれるので、 コールバック関数内でバッファからデータを取り出して処理します。

ここでは、取り出したデータの平均値(RMS)を計算します。
ViewController上にはこの値を画面に表示しています。

以下、ViewController のソースです。

class ViewController: UIViewController {
    @IBOutlet var progress:UIProgressView!
    @IBOutlet var label:UILabel!
    
    var recorder:MyAudioRecorder!
    var timer: Timer!
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        recorder = MyAudioRecorder()
        recorder?.start()
    }
    
    override func viewWillAppear(_ animated: Bool) {
        super.viewWillAppear(animated)
        timer = Timer.scheduledTimer(timeInterval: 0.005, target: self, selector: #selector(self.update), userInfo: nil, repeats: true)
        timer.fire()
    }
    
    override func viewWillDisappear(_ animated: Bool) {
        super.viewWillDisappear(animated)
        timer.invalidate()
    }
    
    @objc func update(tm: Timer){
        progress.progress = recorder.level
        label.text = "\(recorder.frameCount)"
    }    
}

録音を開始した後、5ms間隔でレベル値を画面に表示するようにしています。

ソースはこちら https://github.com/pebble8888/AudioRecorderSwift

参考 Swift 3.0 Audio Recording class. Reads buffers of input samples from the microphone using the iOS RemoteIO Audio Unit API · GitHub

Macデジタルオーディオプログラミング (Mynavi Advanced Library)

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