请用C++实现音频可视化

音频可视化可以通过使用音频处理库来实现，比如使用 FFT 进行频域分析，然后通过绘制图形来展示音频波形。

以下是一个简单的示例代码，用于实现基于 FFT 的音频可视化：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cmath>

#include "fftw3.h"

const int SAMPLE_RATE = 44100; // 采样率
const int BUFFER_SIZE = 1024; // 缓冲区大小
const int WINDOW_SIZE = 512; // 窗口大小
const int FFT_SIZE = WINDOW_SIZE / 2; // FFT 大小

double hamming_window[WINDOW_SIZE]; // 汉明窗口

void init_hamming_window() { // 初始化汉明窗口函数
    for (int i = 0; i < WINDOW_SIZE; i++) {
        hamming_window[i] = 0.54 - 0.46 * cos(2 * M_PI * i / WINDOW_SIZE);
    }
}

void process_audio(const char* file_path) { // 处理音频文件
    std::ifstream file(file_path, std::ios::binary);

    if (!file.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file: " << file_path << std::endl;
        return;
    }

    std::cout << "Processing audio file: " << file_path << std::endl;

    double buffer[BUFFER_SIZE] = {0}; // 缓冲区

    fftw_complex fft_in[FFT_SIZE]; // FFT 输入
    fftw_complex fft_out[FFT_SIZE]; // FFT 输出
    fftw_plan plan = fftw_plan_dft_1d(FFT_SIZE, fft_in, fft_out, FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE); // FFT 计划

    int read_size = BUFFER_SIZE - WINDOW_SIZE; // 每次读取的大小
    int sample_count = 0; // 采样计数
    int frame_count = 0; // 帧计数

    while (!file.eof()) {
        file.read(reinterpret_cast<char*>(buffer + WINDOW_SIZE), read_size * sizeof(double)); // 读取数据

        for (int i = 0; i < FFT_SIZE; i++) { // 应用汉明窗口
            fft_in[i][0] = buffer[i] * hamming_window[i];
            fft_in[i][1] = 0;
        }

        fftw_execute(plan); // 执行 FFT

        for (int i = 0; i < FFT_SIZE; i++) { // 计算频谱能量
            double re = fft_out[i][0];
            double im = fft_out[i][1];
            double magnitude = sqrt(re * re + im * im);
            double power = magnitude * magnitude;

            // 输出频谱能量
            std::cout << "Frame: " << frame_count << ", Sample: " << sample_count << ", Frequency: " << i * SAMPLE_RATE / FFT_SIZE << "Hz, Power: " << power << std::endl;
        }

        sample_count += read_size;
        frame_count++;
    }

    fftw_destroy_plan(plan); // 销毁 FFT 计划

    std::cout << "Processed " << frame_count << " frames, " << sample_count << " samples." << std::endl;

    file.close();
}

int main() {
    init_hamming_window();

    process_audio("audio.wav");

    return 0;
}

以上代码演示了如何读取音频文件，应用汉明窗口函数，执行 FFT，并输出频谱能量。你可以根据自己的需求修改代码，并使用图形库来绘制音频可视化效果。