Java 音频文件切割与合并

需求说明

操作 说明 示例
切割 按指定时间点截取音频，保留某时刻之后的数据 一个 2 分钟的 MP3，保留第 30 秒之后的部分
合并 将一段音频拼接到另一段音频之前 在歌曲播放前插入广告/前奏

技术选型

本工具基于 JavaFX 8 快速实现本地化功能。根据操作类型选择不同的第三方库：

操作 格式 技术方案 原因
切割 MP3 JAudioTagger 直接读取 MP3 帧头信息（比特率、时长），按字节偏移截取
切割 WAV Java Sound API（javax.sound.sampled） WAV 是 PCM 无压缩格式，可按采样帧精确跳转
合并 MP3/WAV JavaCV（FFmpeg 封装） 处理格式转换、码率统一、元数据复制等复杂场景

环境准备

Maven 依赖

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<!-- JAudioTagger：用于读取/写入 MP3 元数据和帧头信息 -->
<dependency>
    <groupId>net.jthink</groupId>
    <artifactId>jaudiotagger</artifactId>
    <version>3.0.1</version>
</dependency>

<!-- JavaCV：FFmpeg 的 Java 封装，用于音频格式转换和合并 -->
<dependency>
    <groupId>org.bytedeco</groupId>
    <artifactId>javacv-platform</artifactId>
    <version>1.5.9</version>
</dependency>

JAudioTagger 不暴露 MP3 音频格式控制的底层接口，因此合并操作改用 FFmpeg（通过 JavaCV 调用）。

核心功能实现

一、MP3 切割

原理：MP3 文件由 ID3 头 + 音频帧数据组成。通过 MP3AudioHeader 获取比特率（bitrate）和总时长，计算出目标时间点对应的字节偏移量，然后直接拷贝该范围内的音频帧数据。

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/**
 * 按指定时间切割 MP3 文件
 *
 * @param music   原始 MP3 文件
 * @param savePath 输出路径
 * @param time    保留起始时间（秒），丢弃此时刻之前的所有数据
 * @return 切割后的文件
 */
public File cutMusicByTime(File music, String savePath, long time) {
    // 起始时间转毫秒
    long beginTime = time * 1000;

    // 读取 MP3 帧头信息
    MP3File mp3 = new MP3File(music);
    MP3AudioHeader header = (MP3AudioHeader) mp3.getAudioHeader();
    int length = header.getTrackLength();           // 总时长（秒）
    long endTime = length * 1000;                  // 结束时间（毫秒）
    long bitRateKbps = header.getBitRateAsNumber();   // 比特率（Kbps）

    // 计算字节偏移：bps → bps → bytes/ms × ms
    long beginBitRateBpm = (bitRateKbps * 1024L / 8L / 1000L) * beginTime;
    long firstFrameByte = header.getMp3StartByte();     // 音频数据起始字节位置
    long beginByte = firstFrameByte + beginBitRateBpm;  // 切割起点
    long endByte = beginByte + (bitRateKbps * 1024L / 8L / 1000L) * (endTime - beginTime);

    // 执行文件拷贝
    File dFile = new File(savePath);
    RandomAccessFile dRaf = new RandomAccessFile(dFile, "rw");
    RandomAccessFile sRaf = new RandomAccessFile(music, "rw");

    // 1. 写入 MP3 头部（ID3 标签等）
    for (long i = 0; i < firstFrameByte; i++) {
        dRaf.write(sRaf.read());
    }
    // 2. 跳转到起始位置
    sRaf.seek(beginByte);
    // 3. 写入截取的音频帧数据
    for (long i = 0; i <= endByte - beginByte; i++) {
        dRaf.write(sRaf.read());
    }

    sRaf.close();
    dRaf.close();
    return dFile;
}

二、MP3 合并

原理：使用 FFmpeg 将两段音频依次编码写入同一个输出文件，自动处理格式统一和码率适配。

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 * 合并两个音频文件（A 拼接在 B 之前）
 *
 * @param fileAPath   前置音频路径（如广告/前奏）
 * @param fileBPath   主音频路径（如歌曲）
 * @param outputPath  输出文件路径
 */
public static void convertAudioParameters(String fileAPath, String fileBPath, String outputPath)
        throws FrameGrabber.Exception, FrameRecorder.Exception {

    FFmpegFrameGrabber grabberA = new FFmpegFrameGrabber(fileAPath);
    FFmpegFrameGrabber grabberB = new FFmpegFrameGrabber(fileBPath);
    grabberA.start();
    grabberB.start();

    // 以 B 文件的音频参数为准初始化录音器
    FFmpegFrameRecorder recorder = new FFmpegRecorder(outputPath, grabberB.getAudioChannels());
    recorder.setSampleRate(grabberB.getSampleRate());       // 统一采样率
    recorder.setAudioBitrate(grabberB.getAudioBitrate());   // 统一码率

    // 复制 B 文件的元数据（标题、艺术家等）
    for (Map.Entry<String, String> entry : grabberB.getMetadata().entrySet()) {
        recorder.setMetadata(entry.getKey(), entry.getValue());
    }

    recorder.start();

    Frame frameA;
    Frame frameB;

    // 先写入 A（前置音频）
    while ((frameA = grabberA.grab()) != null) {
        recorder.record(frameA);
    }
    // 再写入 B（主音频）
    while ((frameB = grabberB.grab()) != null) {
        recorder.record(frameB);
    }

    grabberA.stop();
    grabberB.stop();
    recorder.stop();
}

三、WAV 切割

原理：WAV 是未压缩的 PCM 格式，包含采样率、通道数、位深度等格式信息。利用 AudioInputStream.skip() 可精确跳转到指定时间的采样帧位置。

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/**
 * 按指定时间切割 WAV 文件
 *
 * @param inputFile 源 WAV 文件
 * @param savePath   输出路径
 * @param time      保留起始时间（秒）
 * @return 切割后的文件
 */
public File cutMusicByTime(File inputFile, String savePath, long time) {
    AudioInputStream audioInputStream = AudioSystem.getAudioInputStream(inputFile);

    int bytesPerFrame = audioInputStream.getFormat().getFrameSize();
    int frameRate = (int) audioInputStream.getFormat().getFrameRate();

    // 按采样帧跳转到目标时间点
    audioInputStream.skip(time * frameRate * bytesPerFrame);

    // 计算剩余帧数
    long lengthToRead = audioInputStream.getFrameLength() * bytesPerFrame;
    AudioInputStream shortenedStream = new AudioInputStream(
            audioInputStream,
            audioInputStream.getFormat(),
            lengthToRead / bytesPerFrame
    );

    File outputFile = new File(savePath);
    AudioSystem.write(shortenedStream, AudioFileFormat.Type.WAVE, outputFile);

    // 拷贝元数据（如需保留）
    copyAlbumInformation(inputFile, outputFile);

    return outputFile;
}

private static void copyAlbumInformation(File sourceFile, File outputFile)
        throws UnsupportedAudioFileException, IOException, TagException,
               ReadOnlyFileException, CannotWriteException, CannotReadException, InvalidAudioFrameException {
    AudioFile sourceAudioFile = AudioFileIO.read(sourceFile);
    Tag sourceTag = sourceAudioFile.getTag();
    if (sourceTag != null) {
        AudioFile outputAudioFile = AudioFileIO.read(outputFile);
        Tag outputTag = outputAudioFile.getTag();
        Iterator<TagField> fields = sourceTag.getFields();
        while (fields.hasNext()) {
            outputTag.setField(fields.next());
        }
        outputAudioFile.commit();
    }
}

四、WAV 合并

原理：WAV 是线性 PCM 数据流，两个同格式 WAV 文件可直接拼接。若格式不一致则先做格式转换。

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/**
 * 合并两个 WAV 文件（file1 + file2 → output）
 *
 * @param inputFile1    第一个 WAV 文件
 * @param inputFile2    第二个 WAV 文件（拼接到后面）
 * @param outputFilePath 输出文件路径
 */
public void mergeWAV(File inputFile1, File inputFile2, String outputFilePath)
        throws IOException, UnsupportedAudioFileException {

    AudioInputStream audioInputStream1 = AudioSystem.getAudioInputStream(inputFile1);
    AudioInputStream audioInputStream2 = AudioSystem.getAudioInputStream(inputFile2);

    AudioFormat format1 = audioInputStream1.getFormat();
    AudioFormat format2 = audioInputStream2.getFormat();

    // 格式不一致时做转换（以 file2 的格式为准）
    if (!format1.matches(format2)) {
        audioInputStream1 = AudioSystem.getAudioInputStream(format2, audioInputStream1);
        format1 = audioInputStream1.getFormat();
    }

    // 使用 SequenceInputStream 串联两个流
    AudioInputStream appendedFiles = new AudioInputStream(
            new SequenceInputStream(audioInputStream1, audioInputStream2),
            format1,
            audioInputStream1.getFrameLength() + audioInputStream2.getFrameLength()
    );

    AudioSystem.write(appendedFiles, AudioFileFormat.Type.WAVE, new File(outputFilePath));
}

总结

功能 MP3 WAV
切割方式 按比特率计算字节偏移，拷贝帧数据 按 skip(时间×采样率×帧大小) 跳转
合并方式 FFmpeg 重编码（支持格式转换） SequenceInputStream 直接拼接（要求格式一致）
核心依赖 JAudioTagger Java Sound API（JDK 内置）
精度 受限于帧边界，可能存在 ±1 帧误差 采样级精确