python - 是否可以写入当前正在读取的 QBuffer？

Question

我正在编写一个 PyQt5 应用程序，但我认为这个问题对于 PySide2 和 Qt 也有效。我正在尝试将声音数据(sinuosids)写入缓冲区，然后在无缝循环中播放。但是，当我到达缓冲区末尾并返回开头时，总会有一个中断。

我想我想连续读取和写入同一个缓冲区，这可能吗？

下面是我的代码的最小版本:

import struct
import sys

from PyQt5.QtCore import QBuffer, QByteArray, QIODevice
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget
from PyQt5.QtMultimedia import QAudio, QAudioFormat, QAudioOutput

sample_rate = 44100
sample_size = 16
frequency = 1000
volume = 3276


class Window(QWidget):
    def __init__(self, parent=None):

        QWidget.__init__(self, parent)

        format = QAudioFormat()
        format.setChannelCount(1)
        format.setSampleRate(sample_rate)
        format.setSampleSize(sample_size)
        format.setCodec("audio/pcm")
        format.setByteOrder(QAudioFormat.LittleEndian)
        format.setSampleType(QAudioFormat.SignedInt)

        self.output = QAudioOutput(format, self)
        self.output.stateChanged.connect(self.replay)

        self.buffer = QBuffer()
        self.buffer.open(QIODevice.ReadWrite)
        self.createData()
        self.buffer.seek(0)
        self.output.start(self.buffer)

    def createData(self):
        print("writing")
        data = QByteArray()
        for i in range(round(1 * sample_rate)):
            t = i / sample_rate
            value = int(volume * sin(2 * pi * frequency * t))
            data.append(struct.pack("<h", value))
        self.buffer.write(data)

    def replay(self):
        print("replaying", self.output.state(), QAudio.IdleState)
        if self.output.state() == QAudio.IdleState:
            self.buffer.seek(0)


if __name__ == "__main__":

    app = QApplication(sys.argv)
    window = Window()
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())

Answer 1

我认为您稍微误解了 QAudioOutput(以及一般的音频设备对象)的行为、读取和播放音频数据的方式。

当您 play() QIODevice 时，QAudioOutput 实例会根据音频设备缓冲区设置读取一 block 数据(但它并不总是与 bufferSize())并将其“发送”到实际播放它的硬件设备:读取数据和“播放”是异步的。 play() 的作用是调用 QIODevice.readData(maxLen)，其中 maxLen 是音频设备需要的数据长度，以确保音频缓冲区持续填充，否则您将得到一个缓冲区欠载，意味着设备正在尝试播放，但没有数据可以执行。

在您的情况下，这还意味着在某个时刻，音频设备可能会向数据缓冲区请求一些超过其长度的数据，因此您需要添加更多数据来返回。 p>

此外，如果您等待 stateChanged 信号，则意味着没有更多数据可从数据缓冲区(不是音频设备缓冲区)读取；此时，QAudioDevice 会停止音频设备并清除其缓冲区，因此如果您“重播”，您会明显听到一个间隙，因为设备正在“重新启动”。

如果您想循环播放一些数据，您将需要实现自己的 QIODevice，因为它必须在到达末尾后持续向音频设备提供数据。请注意，这是一个最小的示例，您可能希望进一步实现对数据缓冲区的写入(并更新其查找位置)

class AudioBuffer(QIODevice):
    def __init__(self):
        QIODevice.__init__(self)
        self.bytePos = 0
        self.data = QByteArray()
        for i in range(round(1 * sample_rate)):
            t = i / sample_rate
            value = int(volume * sin(2 * pi * frequency * t))
            self.data.append(struct.pack("<h", value))

    def seek(self, pos):
        self.bytePos = pos
        return True

    def readData(self, maxLen):
        data = self.data[self.bytePos:self.bytePos + maxLen]
        if len(data) < maxLen:
            # we've reached the end of the data, restart from 0
            # so the wave is continuing from its beginning
            self.bytePos = maxLen - len(data)
            data += self.data[:self.bytePos]
        else:
            self.bytePos += maxLen
        return data.data()


class Window(QWidget):
    def __init__(self, parent=None):
        QWidget.__init__(self, parent)

        layout = QHBoxLayout()
        self.setLayout(layout)
        self.playButton = QPushButton('Play')
        self.playButton.setCheckable(True)
        self.playButton.toggled.connect(self.togglePlay)
        layout.addWidget(self.playButton)

        format = QAudioFormat()
        format.setChannelCount(1)
        format.setSampleRate(sample_rate)
        format.setSampleSize(sample_size)
        format.setCodec("audio/pcm")
        format.setByteOrder(QAudioFormat.LittleEndian)
        format.setSampleType(QAudioFormat.SignedInt)

        self.output = QAudioOutput(format, self)
        self.output.stateChanged.connect(self.stateChanged)

        self.buffer = AudioBuffer()
        self.buffer.open(QIODevice.ReadWrite)

    def togglePlay(self, state):
        self.buffer.seek(0)
        if state:
            self.output.start(self.buffer)
        else:
            self.output.reset()

    def stateChanged(self, state):
        self.playButton.blockSignals(True)
        self.playButton.setChecked(state == QAudio.ActiveState)
        self.playButton.blockSignals(False)

也就是说，我已经使用过 QAudioDevice 了，恐怕它不是很可靠，至少在 PyQt/PySide 下是这样。虽然它对于小例子和简单的情况工作得很好，但如果您需要在播放音频时做一些需要一些处理的其他事情(例如复杂的小部件/QGraphics 绘画)，那么它就会变得不可靠，并且使用 QThreads 不会像您想象的那样帮助您:例如，在 MacOS 下，您无法 moveToThread() QAudioOutput。
我强烈建议您使用 PyAudio，它的类的行为与 QAudioOutput 类似，但可以在不同的线程中工作。显然，如果您仍然需要连续播放，“readData”问题仍然相同，因为您需要一些可以自行循环的数据对象。

PS:这个问题的标题有点偏离主题，你可以考虑改变一下。顺便说一句，答案是否定的，因为 IODevice 的读取和写入不能同时进行:读取应该“锁定”写入(但不能进一步读取)，反之亦然，并且这两个操作都会在内部移动搜索 pos IODevice 的，但是由于您不处理线程，所以这根本不是重点，还因为在您的示例中，您在开始读取数据之前就已经完成了向缓冲区写入数据，并且您没有写入任何内容之后。