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Java如何改变音频采样率 Java Sound API进行音频重采样【实例】

月夜之吻

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发布时间:2026-02-08 01:03:36

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来源于php中文网

原创

Java标准库javax.sound.sampled API本身不提供重采样功能,无法直接改变音频采样率;AudioSystem.getAudioInputStream()仅支持兼容格式的无损转换,绝不会执行插值重采样。

java如何改变音频采样率 java sound api进行音频重采样【实例】

Java 标准库javax.sound.sampled API **本身不提供重采样(resampling)功能**,无法直接调用某个方法把 44.1 kHz 的音频改成 16 kHz。你看到的“用 Java Sound API 重采样”,实际是自己实现或借助第三方库完成的——标准 API 只负责读、写、播放、格式转换(如 PCM 位深/通道数调整),但不改变采样率。

为什么 AudioSystem.getAudioInputStream() 不能重采样?

AudioSystem.getAudioInputStream(AudioFormat targetFormat, AudioInputStream sourceStream) 看似支持目标格式,但它只在源格式与目标格式的 encodingsampleSizeInBitschannelsframeSizeframeRate 兼容时做无损转换;若仅改 sampleRate,它会抛出 IllegalArgumentException 或静默失败(取决于底层混音器支持情况),**绝不会执行插值重采样**。

常见错误现象:

  • 传入不同 sampleRateAudioFormat,却没报错 → 实际未生效,输出仍是原采样率
  • AudioSystem.write() 写出文件后用 ffprobe 检查,发现采样率未变
  • 手动构造新 AudioFormat 并包装 AudioInputStream,但播放时变调/加速/卡顿

用 TarsosDSP 实现简单线性重采样(推荐入门)

TarsosDSP 是轻量、纯 Java、MIT 协议的音频处理库,内置 ResampleAudioInputStream,支持任意整数倍和非整数倍重采样(使用线性插值),无需 JNI。

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  • Maven 引入:
    
        be.tarsos.dsp
        TarsosDSP
        2.5
    
  • 输入必须是 PCM(LINEAR)编码,且 sampleSizeInBits 为 16 或 8;如为 ALAW / ULAW,需先用 AudioSystem.getAudioInputStream(AudioFormat, AudioInputStream) 解码成 PCM
  • 重采样后的流仍为 PCM,可直接写入 WAV/RAW,但注意:WAV 头中的采样率字段需同步更新(AudioSystem.write() 会自动处理)

示例:将 44100 Hz → 16000 Hz

AudioInputStream original = AudioSystem.getAudioInputStream(new File("input.wav"));
AudioFormat format = original.getFormat();
AudioFormat resampledFormat = new AudioFormat(
    format.getEncoding(),
    16000, // new sample rate
    format.getSampleSizeInBits(),
    format.getChannels(),
    format.getFrameSize(),
    16000, // frame rate must match sample rate for PCM
    format.isBigEndian()
);
AudioInputStream resampled = new ResampleAudioInputStream(resampledFormat, original, 16000);
AudioSystem.write(resampled, AudioFileFormat.Type.WAVE, new File("output_16k.wav"));

自研最近邻/线性重采样的关键点(不依赖库)

如果必须纯 JDK、无外部依赖,可手动读取 PCM 数据并重采样。核心是理解“采样点映射”:

  • 假设原采样率 srIn = 44100,目标 srOut = 16000,则缩放因子 ratio = (double) srIn / srOut ≈ 2.75625
  • n 个输出样本对应输入位置 n * ratio;用 floor(最近邻)或双线性插值(更平滑)计算该位置的 PCM 值
  • 16-bit PCM 需按小端/大端解析 byte[]short[] → 插值 → 再转回 byte[]
  • 务必用 AudioFormatisBigEndian()getSampleSizeInBits() 正确解析原始字节,否则声音失真

容易踩的坑:

  • 忽略声道交错(interleaved):双声道数据是 LRLRLR,不是 LL…RR…,插值时需按通道分别处理或保持交错结构
  • 未对齐帧边界:AudioInputStream.read() 返回的字节数可能不是完整帧(frameSize 的整数倍),需缓存未消费字节
  • 浮点精度累积误差:长期运行后 n * ratio 偏移越来越大,应改用增量式步进(pos += ratio)并定期取整校准

重采样不是格式转换,它本质是信号重建——哪怕只改一个参数,也涉及抗混叠、插值核选择、相位响应等细节。TarsosDSP 默认线性插值够用,但语音识别前预处理若要求高保真,就得换 Lanczos 或用 FFmpeg 的 libswresample(通过 JNA 调用)。别被“Java Sound API”这个名字带偏了,它真不管这事。

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