pya

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什么是pya？

pya是一个用于支持使用Python创建和操作音频信号的软件包。它使用numpy数组来存储和计算音频信号。

• 文档：请参阅examples/pya-examples.ipynb以获取快速教程和文档
• 源代码：https://github.com/interactive-sonification/pya

它提供：

• Asig - 一个通用的音频信号类
  • Ugen - Asig的子类，提供诸如正弦波、方波、锯齿波、噪声等单元发生器
• Aserver - 用于排队和播放Asigs的音频服务器类
• Arecorder - 音频录制类
• Aspec - 音频频谱类，使用rfft，因为实值信号总是隐含的
• Astft - 音频短时傅里叶变换（STFT）类
• 一些辅助函数，例如device_info()

pya可以用作

• 多通道音频处理
• 听觉显示和声音合成
• 声音合成实验
• 一般音频应用，如游戏或GUI增强
• 信号分析和绘图

目前，pya更适合离线渲染而不是实时。

作者和贡献者

• 托马斯（作者，维护者）
• 贾军（合著者，维护者）
• 亚历山大（维护者）
• 贡献者将被在此处认可，欢迎贡献。

安装

使用以下命令安装

pip install pya

但是，要播放和录制音频，您需要一个后端。

• pip install pya[remote] 用于基于Web的Jupyter后端
• pip install pya[pyaudio] 用于 portaudio 及其Python包装器 PyAudio

使用Conda

Pyaudio可以通过conda安装

conda install pyaudio

免责声明：Python 3.10+ 需要 PyAudio 0.2.12，截至2022年12月，Conda上不可用。 Conda-forge 目前只提供Linux版本。Python 3.10的用户目前应使用其他安装选项。

使用Homebrew和PIP（仅限MacOS）

brew install portaudio

然后

pip install pya

对于苹果ARM芯片，如果您安装PyAudio依赖项失败，可以按照以下指南操作： ARM芯片安装

• 选项1：在您的家目录中创建.pydistutils.cfg，~/.pydistutils.cfg，添加

  echo "[build_ext]
  include_dirs=$(brew --prefix portaudio)/include/
  library_dirs=$(brew --prefix portaudio)/lib/" > ~/.pydistutils.cfg
  

  使用pip

  pip install pya
  

  安装后，您可以删除.pydistutils.cfg文件。

• 选项2：使用CFLAGS

  CFLAGS="-I/opt/homebrew/include -L/opt/homebrew/lib" pip install pya
  

使用PIP（Linux）

尝试sudo apt-get install portaudio19-dev 或您发行版的等效命令，然后

pip install pya

使用PIP（Windows）

PyPI 为Windows提供包括portaudio在内的PyAudio wheels

pip install pyaudio

应该足够了。

简单示例

启动

import pya
s = pya.Aserver(bs=1024)
pya.Aserver.default = s  # to set as default server
s.boot()

创建一个Asig信号

采样率为44100 Hz的1秒/440 Hz正弦波，通道名为'left'

import numpy as np
signal_array = np.sin(2 * np.pi * 440 * np.linspace(0, 1, 44100))
atone = pya.Asig(signal_array, sr=44100, label='1s sine tone', cn=['left'])

创建Asig对象的其它方式

asig_int = pya.Asig(44100, sr=44100)  # zero array with 44100 samples
asig_float = pya.Asig(2., sr=44100)  # float argument, 2 seconds of zero array
asig_str = pya.Asig('./song.wav')  # load audio file
asig_ugen = pya.Ugen().square(freq=440, sr=44100, dur=2., amp=0.5)  # using Ugen class to create common waveforms

也可以使用文件路径来创建音频文件。 WAV 应该没有问题。 MP3 支持但可能会因为 FFmpeg 而引发错误。

如果您使用Anaconda，安装相当简单

conda install -c conda-forge ffmpeg

否则

• Mac或Linux使用brew
  • brew install ffmpeg
• 在Linux上
  • 通过apt-get安装FFmpeg： sudo apt install ffmpeg
• 在Windows上
  • 从https://ffmpeg.zeranoe.com/builds/ 下载最新版本
  • 解压文件夹，最好解压到C:\
  • 将FFmpeg二进制文件夹（例如 C:\ffmpeg\bin）追加到系统变量PATH中（如何设置或更改PATH系统变量？）

关键属性

• atone.sig --> 包含信号的numpy数组
• atone.sr --> 采样率
• atone.cn --> 自定义定义的通道名称列表
• atone.label --> 自定义集合标识符字符串

播放信号

atone.play(server=s)  

如果未指定服务器，则play()使用Aserver.default

您也可以使用Aserver作为上下文，而不是指定一个长期存在的服务器。

with pya.Aserver(sr=48000, bs=256, channels=2) as aserver:
    atone.play(server=aserver)  # Or do: aserver.play(atone)

这项技术的优点是它将为您处理服务器的启动和关闭。但请注意，服务器的开关引入了额外的延迟。

在特定设备上播放信号

from pya import find_device
from pya import Aserver
devices = find_device() # This will return a dictionary of all devices, with their index, name, channels.
s = Aserver(sr=48000, bs=256, device=devices['name_of_your_device']['index'])

绘制信号

绘制前1000个样本

atone[:1000].plot()

绘制幅度和相位频谱

atone.plot_spectrum()

通过Aspec类绘制频谱

atone.to_spec().plot()

通过Astft类绘制频谱图

atone.to_stft().plot(ampdb)

子集选择

• Asigs支持多通道音频（作为信号数组的列）
  • a1[:100, :3]将选择前100个样本和前3个通道
  • a1[{1.2:2}, ['left']]将使用从1开始的时间片选择名为'left'的通道

从设备录制

Arecorder允许从输入设备录制

import time

from pya import find_device
from pya import Arecorder
devices = find_device()  # Find the index of the input device
arecorder = Arecorder(device=some_index, sr=48000, bs=512)  # Or not set device to let pya find the default device 
arecorder.boot()
arecorder.record()
time.sleep(2)  # Recording is non-blocking
arecorder.stop()
last_recording = arecorder.recordings[-1]  # Each time a recorder stop, a new recording is appended to recordings

方法链式调用

Asig方法通常返回一个Asig，因此方法可以链式调用，例如

atone[{0:1.5}].fade_in(0.1).fade_out(0.8).gain(db=-6).plot(lw=0.1).play(rate=0.4, onset=1)

学习更多

• 请查阅examples/pya-examples.ipynb以获取更多示例和详细信息。

贡献

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