GoAudio: Go语言原生音频处理库

GoAudio是一个纯Go语言实现的音频处理库，不需要依赖外部C库，非常适合需要跨平台部署的音频处理应用。下面我将介绍GoAudio的主要功能和使用方法。

安装

go get github.com/DylanMeeus/GoAudio

核心功能

1. 波形生成

GoAudio可以生成各种基本波形：

package main

import (
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/wave"
	"math"
	"os"
)

func main() {
	// 创建44100Hz采样率，16位深度，单声道的波形
	opts := wave.WaveFmt{
		SampleRate:      44100,
		BitsPerSample:  16,
		NumberOfSamples: 44100, // 1秒音频
		NumChannels:    1,
		AudioFormat:    1, // PCM
	}

	// 生成正弦波
	sineWave := make([]float64, opts.NumberOfSamples)
	for i := 0; i < opts.NumberOfSamples; i++ {
		freq := 440.0 // A4音符
		t := float64(i) / float64(opts.SampleRate)
		sineWave[i] = math.Sin(2 * math.Pi * freq * t)
	}

	// 写入WAV文件
	f, _ := os.Create("sine.wav")
	defer f.Close()
	wave.WriteWaveFile(sineWave, opts, f)
}

2. 音频文件读写

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/wave"
	"os"
)

func main() {
	// 读取WAV文件
	f, _ := os.Open("input.wav")
	defer f.Close()
	wav, err := wave.ReadWaveFile(f)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Printf("采样率: %d\n", wav.SampleRate)
	fmt.Printf("位深度: %d\n", wav.BitsPerSample)
	fmt.Printf("声道数: %d\n", wav.NumChannels)
	fmt.Printf("采样数: %d\n", len(wav.Frames))

	// 修改音频数据
	for i := range wav.Frames {
		wav.Frames[i] *= 0.5 // 音量减半
	}

	// 写入新文件
	out, _ := os.Create("output.wav")
	defer out.Close()
	wave.WriteFrames(wav, out)
}

3. 音频处理

package main

import (
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/wave"
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/filter"
	"os"
)

func main() {
	// 读取音频文件
	f, _ := os.Open("input.wav")
	defer f.Close()
	wav, _ := wave.ReadWaveFile(f)

	// 创建低通滤波器 (截止频率1000Hz)
	lpf := filter.NewLowPass(1000, float64(wav.SampleRate), 0.5)

	// 应用滤波器
	filtered := make([]float64, len(wav.Frames))
	for i, sample := range wav.Frames {
		filtered[i] = lpf.Tick(sample)
	}

	// 保存结果
	out, _ := os.Create("filtered.wav")
	defer out.Close()
	wave.WriteWaveFile(filtered, wave.WaveFmt{
		SampleRate:      wav.SampleRate,
		BitsPerSample:   wav.BitsPerSample,
		NumberOfSamples: len(filtered),
		NumChannels:     wav.NumChannels,
		AudioFormat:     1,
	}, out)
}

4. 实时音频处理

GoAudio可以与PortAudio结合实现实时音频处理：

package main

import (
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/components"
	"github.com/gordonklaus/portaudio"
)

func main() {
	portaudio.Initialize()
	defer portaudio.Terminate()

	// 创建音频流
	stream, _ := portaudio.OpenDefaultStream(0, 1, 44100, 0, 
		func(out []float32) {
			// 在这里处理实时音频
			for i := range out {
				out[i] = float32(components.SineWave(440, 44100, i))
			}
		})

	stream.Start()
	defer stream.Stop()

	// 运行5秒
	select {}
}

高级功能

1. 多轨道混合

func mixTracks(track1, track2 []float64, volume1, volume2 float64) []float64 {
	maxLen := len(track1)
	if len(track2) > maxLen {
		maxLen = len(track2)
	}

	mixed := make([]float64, maxLen)
	for i := 0; i < maxLen; i++ {
		var s1, s2 float64
		if i < len(track1) {
			s1 = track1[i] * volume1
		}
		if i < len(track2) {
			s2 = track2[i] * volume2
		}
		mixed[i] = s1 + s2
	}
	return mixed
}

2. 音频分析

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/analyse"
	"github.com/DylanMeeus/GoAudio/wave"
	"os"
)

func main() {
	f, _ := os.Open("audio.wav")
	defer f.Close()
	wav, _ := wave.ReadWaveFile(f)

	// 计算RMS (音量)
	rms := analyse.RMS(wav.Frames)
	fmt.Printf("RMS: %f\n", rms)

	// 计算零交叉率
	zcr := analyse.ZeroCrossingRate(wav.Frames)
	fmt.Printf("Zero Crossing Rate: %f\n", zcr)
}

性能考虑

GoAudio是纯Go实现，对于高性能需求：

1. 对于大量音频数据，考虑使用goroutine并行处理
2. 使用[]float32而不是[]float64可以减少内存使用
3. 对于实时处理，预分配缓冲区避免GC压力

总结

GoAudio提供了从基础波形生成到高级音频处理的完整功能，全部用Go实现，无需外部依赖。虽然性能可能不如专业音频处理库，但对于大多数应用场景已经足够，且具有极好的可移植性。

对于更复杂的需求，可以考虑结合PortAudio进行实时音频处理，或者使用GoAudio进行离线处理后再输出。