前言

各网查了一圈，NAudio相关中文资料较少。鉴于本人最近在使用此库的播放音频方面有所涉及，在此将自己的学习过程与经验总结与大家分享，同时也欢迎大佬探讨和指正。

简介

为什么使用NAudio

NAudio为.NET平台下的开源库，采用ML-PL协议，开源地址：https://github.com/naudio/NAudio。截至今日，已有约2.4k的stars。

NAudio功能强大，且其入门容易。

强大在于：它支持许多音频操作，可实现多种API播放与录制、多种不同音频格式、音频格式转换（重采样、位深、声道等）、音频编码、多通道播放、音频效果处理等等（详细介绍可以看Github readme）。
入门容易在于：对C#的语法、结构友好，且对于一个仅仅是播放声音的需求，几行即可搞定：

using(var audioFile = new AudioFileReader(audioFile))
using(var outputDevice = new WaveOutEvent())
{
    outputDevice.Init(audioFile);
    outputDevice.Play(); // 异步执行
    
    while (outputDevice.PlaybackState == PlaybackState.Playing)
    {
        Thread.Sleep(1000);
    }
}

Demo来自于官方Readme

另一方面，基于NAudio本身的架构值得学习

其框架系统、完善，但实际开箱即用的功能并不是十分的齐全（相对于Bass），对于一个喜爱倒腾的人来说，容易激发学习研究的兴趣，其官方教程与例子很是齐全。

快速入门：https://github.com/naudio/NAudio#tutorials

深入学习：https://markheath.net/category/naudio（作者博客）

与其他播放方式对比

基于使用角度考虑，NAudio的优势在于，它是一个原生的.NET轻量库（其底层与其他API交互，但透明于使用者）。在不需要COM、独立SDK、手动P/Invoke的同时，对于音频交互更加可控、并且可以完成比以上更加复杂的功能。当然其也有一定的不足，例如目前无法跨平台，底层API强依赖于Windows（作者表示期待.NET Core的Span<T>的后续发展，时机成熟会考虑跨平台）。

目前常见的播放方案：

方式	简介	备注
系统事件声音	仅播放系统事件声音	`System.Media.SystemSounds` 静态类
SoundPlayer	使用方便。但是仅支持PCM的wav播放、单通道播放	`System.Media.SoundPlayer`类
Windows Media Player COM组件	要求电脑上安装WMP，仅能完成简单播放功能，不利于自定义化
MME API (Multimedia Extensions)	自由度高。但是由于未经封装，若需求复杂则操作复杂，且P/Invoke不安全	winmm.dll
DirectX	自由度高，相较于MME更为现代化，能从硬件层完成更多音频功能	DirectX SDK
Bass	功能强大的封装，但常见交换库对C#的语法、结构不友好	Bass.NET（需进行授权使用）或 ManagedBass

还有很多未列出。

例1：制作一个简易的音乐播放器

目标：制作一个Winform的音乐播放器，仅实现读取mp3、播放、暂停、停止、进度拖动及显示、音量控制功能。

为了直观的展示，本例将弱化OOP封装思想。

回顾开篇的代码：

using(var audioFile = new AudioFileReader(audioFile))
using(var outputDevice = new WaveOutEvent())
{
    outputDevice.Init(audioFile);
    outputDevice.Play(); // 异步执行
    
    while (outputDevice.PlaybackState == PlaybackState.Playing)
    {
        Thread.Sleep(1000);
    }
}

显然，这只能完成最基础的播放功能。而且对于一个GUI播放器而言，这样做会带来很多问题。

首先它会在播放时阻塞线程，其次当播放完毕就会立刻释放资源，无法对其进行任何控制。

针对以上缺陷完善代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using NAudio.Wave;
using NAudio.Wave.SampleProviders;


namespace SimplePlayer
{
    public partial class FormPlayer : Form
    {
        private IWavePlayer _device;
        private AudioFileReader _reader;


        public FormPlayer()
        {
            InitializeComponent();
        }


        private void btnPlay_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            PlayAction();
        }


        private void btnPause_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            PauseAction();
        }


        private void btnStop_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            StopAction();
        }


        private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var ofd = new OpenFileDialog
            {
                Filter = "支持的文件|*.mp3;*.wav;*.aiff|所有文件|*.*",
                Multiselect = false
            };
            var result = ofd.ShowDialog();
            if (result != DialogResult.OK) return;


            DisposeAll();


            try
            {
                var fileName = ofd.FileName;


                if (!File.Exists(fileName))
                    throw new FileNotFoundException("所选文件不存在");
                _device = new WaveOutEvent(); // Create device
                _reader = new AudioFileReader(fileName); // Create reader


                _device.Init(_reader);
                _device.PlaybackStopped += Device_OnPlaybackStopped;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                DisposeAll();
                MessageBox.Show(ex.Message);
            }
        }


        private void Form_Closed(object sender, EventArgs e)
        {
            DisposeAll();
        }


        private void Device_OnPlaybackStopped(object obj, StoppedEventArgs arg)
        {
            StopAction();
        }


        private void StopAction()
        {
            _device?.Stop();
            if (_reader != null) _reader.Position = 0;
        }


        private void PlayAction()
        {
            _device?.Play();
        }


        private void PauseAction()
        {
            _device?.Pause();
        }


        private void DisposeDevice()
        {
            if (_device != null)
            {
                _device.PlaybackStopped -= Device_OnPlaybackStopped;
                _device.Dispose();
            }
        }


        private void DisposeAll()
        {
            _reader?.Dispose();
            DisposeDevice();
        }
    }
}

以上完成了一个可以打开文件、播放、暂停、停止、释放资源的基础功能播放器。接下来完善一下进度显示以及进度调整。

private CancellationTokenSource _cts;
private bool _sliderLock; // 逻辑锁，当为true时不更新界面上的进度


private void sliderProgress_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
    _sliderLock = true; // 拖动开始，停止更新界面
}


private void sliderProgress_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
    // 释放鼠标时，应用目标进度
    _reader.CurrentTime = TimeSpan.FromMilliseconds(sliderProgress.Value);
    UpdateProgress();
    _sliderLock = false; // 拖动结束，恢复更新界面
}


private void sliderProgress_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
{
    if (_sliderLock)
    {
        // 拖动时可以直观看到目标进度
        lblPosition.Text = TimeSpan.FromMilliseconds(sliderProgress.Value).ToString(@"mm\:ss");
    }
}


private void StartUpdateProgress()
{
  // 此处可用Timer完成而不是手动循环，但不建议使用UI线程上的Timer
    Task.Run(() =>
    {
        while (!_cts.IsCancellationRequested)
        {
            if (_device.PlaybackState == PlaybackState.Playing)
            {
              // 若为播放状态，持续更新界面
                BeginInvoke(new Action(UpdateProgress));
                Thread.Sleep(100);
            }
            else
            {
                Thread.Sleep(50);
            }
        }
    });
}


private void UpdateProgress()
{
    var currentTime = _reader?.CurrentTime ?? TimeSpan.Zero; // 当前时间
    Console.WriteLine(currentTime);


    if (!_sliderLock)
    {
        sliderProgress.Value = (int)currentTime.TotalMilliseconds;
        lblPosition.Text = currentTime.ToString(@"mm\:ss");
    }
}


// 更新此方法
private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e)
{
    ...
        _device.Init(_reader);


        var duration = _reader.TotalTime; // 总时长
        sliderProgress.Maximum = (int)duration.TotalMilliseconds;
        lblDuration.Text = duration.ToString(@"mm\:ss");


        _cts = new CancellationTokenSource();
        StartUpdateProgress(); // 界面更新线程


        _device.PlaybackStopped += Device_OnPlaybackStopped;
    ...
}


// 更新此方法
private void StopAction()
{
    ...
    if (_reader != null) _reader.Position = 0;
    UpdateProgress(); 
}


// 更新此方法
private void DisposeAll()
{
    _cts?.Cancel();
    _cts?.Dispose();
    _reader?.Dispose();
    ...
}

以上完成了进度显示以及进度调整，里面包含了一些UI上的优化后的交互逻辑。其中涉及到了个人常用的Task / Cancellation的线程模式，可用Timer代替。

那么最后一个功能，如何进行音量控制？事实上，IWavePlayer接口包含了Volume这个属性，所以如果仅仅要达成这个目标十分简单，只需进行属性设置即可：

private void SetVolume(float volume)
{
    if (_device != null) _device.Volume = volume;
}

然而，这样做法并不推荐，因为对于内部的WaveOutEvent等IWavePlayer实现，实际效果是从改变了系统的合成器中的音量，如图：

也就意味着，这将改变整个应用程序的音量，不利于之后进行程序内部混音。

那将如何实现内部音量处理呢？这就涉及了DSP音频处理。在NAudio中，通过实现接口ISampleProvider，得到WaveStream提供音频原始数据并且进行处理，再将处理后的数据返回。将多个ISampleProvider链接起来进行顺序处理，最终将最外层的ISampleProvider交给IWavePlayer进行初始化Init()这样的一个处理模式。也就是说，其实基于上面的代码来看，AudioFileReader本身既是WaveStream，也实现了ISampleProvider。

https://stackoverflow.com/questions/46433790/how-to-chain-together-multiple-naudio-isampleprovider-effects

说了这么多有点绕口，用简洁的方法表示，就是将之前的
AudioFileReader -> IWavePlayer.Init()
替换成
AudioFileReader -> 某种可以控制音量的处理 -> IWavePlayer.Init()

在NAudio内置提供的DSP中，实现了音量处理相关的类VolumeSampleProvider，因此直接拿来用即可。

以上内容推荐结合NAudio源码食用

根据以上所述，更新代码：

private VolumeSampleProvider _volumeProvider;


private void sliderVolume_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
{
    UpdateVolume();
}


// 更新此方法
private void UpdateVolume()
{
    var volume = sliderVolume.Value / 100f;
    _volumeProvider.Volume = volume;
    //if (_device != null) _device.Volume = volume;  // 注释这一句
}


// 更新此方法
private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e)
{
    ...
        _reader = new AudioFileReader(fileName); // Create reader


        // dsp start
        _volumeProvider = new VolumeSampleProvider(_reader)
        {
            Volume = sliderVolume.Value / 100f
        };
        // dsp end


        _device.Init(_volumeProvider);
        //_device.Init(_reader); // 之前是reader，现改为VolumeSampleProvider


        var duration = _reader.TotalTime; // 总时长
        ...
}

这样就对原始音频进行了处理（改变音量），然后输出。

完成后的全部代码：

using System;
using System.IO;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using NAudio.Wave;
using NAudio.Wave.SampleProviders;


namespace SimplePlayer
{
    public partial class FormPlayer : Form
    {
        private IWavePlayer _device;
        private AudioFileReader _reader;


        private VolumeSampleProvider _volumeProvider;


        private CancellationTokenSource _cts;


        private bool _sliderLock; // 逻辑锁，当为true时不更新界面上的进度


        public FormPlayer()
        {
            InitializeComponent();
        }


        private void btnPlay_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            PlayAction();
        }


        private void btnPause_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            PauseAction();
        }


        private void btnStop_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            StopAction();
        }


        private void btnOpen_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var ofd = new OpenFileDialog
            {
                Filter = "支持的文件|*.mp3;*.wav;*.aiff|所有文件|*.*",
                Multiselect = false
            };
            var result = ofd.ShowDialog();
            if (result != DialogResult.OK) return;


            DisposeAll();


            try
            {
                var fileName = ofd.FileName;


                if (!File.Exists(fileName))
                    throw new FileNotFoundException("所选文件不存在");
                _device = new WaveOutEvent(); // Create device
                _reader = new AudioFileReader(fileName); // Create reader


                // dsp start
                _volumeProvider = new VolumeSampleProvider(_reader)
                {
                    Volume = sliderVolume.Value / 100f
                };
                // dsp end


                _device.Init(_volumeProvider);
                //_device.Init(_reader); // 之前是reader，现改为VolumeSampleProvider
                // https://stackoverflow.com/questions/46433790/how-to-chain-together-multiple-naudio-isampleprovider-effects


                var duration = _reader.TotalTime; // 总时长
                sliderProgress.Maximum = (int)duration.TotalMilliseconds;
                lblDuration.Text = duration.ToString(@"mm\:ss");


                _cts = new CancellationTokenSource();
                StartUpdateProgress(); // 界面更新线程


                _device.PlaybackStopped += Device_OnPlaybackStopped;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                DisposeAll();
                MessageBox.Show(ex.Message);
            }
        }


        private void sliderProgress_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
        {
            _sliderLock = true; // 拖动开始，停止更新界面
        }


        private void sliderProgress_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
        {
            // 释放鼠标时，应用目标进度
            _reader.CurrentTime = TimeSpan.FromMilliseconds(sliderProgress.Value);
            UpdateProgress();
            _sliderLock = false; // 拖动结束，恢复更新界面
        }


        private void sliderProgress_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            if (_sliderLock)
            {
                // 拖动时可以直观看到目标进度
                lblPosition.Text = TimeSpan.FromMilliseconds(sliderProgress.Value).ToString(@"mm\:ss");
            }
        }


        private void sliderVolume_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            UpdateVolume();
        }


        private void Form_Load(object sender, EventArgs e)
        {


        }


        private void Form_Closed(object sender, EventArgs e)
        {
            DisposeAll();
        }


        private void Device_OnPlaybackStopped(object obj, StoppedEventArgs arg)
        {
            StopAction();
        }


        private void StartUpdateProgress()
        {
            // 此处可用Timer完成而不是手动循环，但不建议使用UI线程上的Timer
            Task.Run(() =>
            {
                while (!_cts.IsCancellationRequested)
                {
                    if (_device.PlaybackState == PlaybackState.Playing)
                    {
                        // 若为播放状态，持续更新界面
                        BeginInvoke(new Action(UpdateProgress));
                        Thread.Sleep(100);
                    }
                    else
                    {
                        Thread.Sleep(50);
                    }
                }
            });
        }


        private void StopAction()
        {
            _device?.Stop();
            if (_reader != null) _reader.Position = 0;
            UpdateProgress();
        }


        private void PlayAction()
        {
            _device?.Play();
        }


        private void PauseAction()
        {
            _device?.Pause();
        }


        private void UpdateProgress()
        {
            var currentTime = _reader?.CurrentTime ?? TimeSpan.Zero; // 当前时间
            Console.WriteLine(currentTime);


            if (!_sliderLock)
            {
                sliderProgress.Value = (int)currentTime.TotalMilliseconds;
                lblPosition.Text = currentTime.ToString(@"mm\:ss");
            }
        }


        private void UpdateVolume()
        {
            var volume = sliderVolume.Value / 100f;
            _volumeProvider.Volume = volume;
            //if (_device != null) _device.Volume = volume;  // 注释这一句
        }


        private void DisposeDevice()
        {
            if (_device != null)
            {
                _device.PlaybackStopped -= Device_OnPlaybackStopped;
                _device.Dispose();
            }
        }


        private void DisposeAll()
        {
            _cts?.Cancel();
            _cts?.Dispose();
            _reader?.Dispose();
            DisposeDevice();
        }
    }
}