FFmpeg 解码 AAC 格式的音频

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FFmpeg 默认是可以解码 AAC 格式的音频,但是如果需要获取 PCM16 此类数据则需要经过音频转码。首先要打开解码器,然后向解码器发送 AAC 音频帧(不带 ADTS),然后从解码器获取解码后的音频帧,数据是 float 类型的,如果需要则进行转码流程将 float 转成整型。

一、AAC 音频

AAC 是高级音频编码(Advanced Audio Coding)的缩写,出现于 1997 年,最初是基于 MPEG-2 的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、Dolby Laboratories、AT&T、Sony 等公司共同开发,目的是取代 MP3 格式。2000 年,MPEG-4 标准出台,AAC 重新集成了其它技术(PS、SBR),为区别于传统的 MPEG-2 AAC,故含有 SBR 或 PS 特性的 AAC 又称为 MPEG-4 AAC。

AAC 是新一代的音频有损压缩技术,它通过一些附加的编码技术(比如 PS、SBR 等),衍生出了LC-AAC、HE-AAC、HE-AACv2 三种主要的编码,LC-AAC 就是比较传统的 AAC,相对而言,主要用于中高码率(>=80Kbps),HE-AAC(相当于AAC+SBR)主要用于中低码(<=80Kbps),而新近推出的 HE-AACv2 (相当于AAC+SBR+PS)主要用于低码率(<=48Kbps),事实上大部分编码器设成 <=48Kbps 自动启用 PS 技术,而 >48Kbps 就不加 PS,就相当于普通的 HE-AAC。

1.1 种类

FFmpeg 中一共定义了十种 Profile 格式的 AAC,带 MPEG2 为 MPEG2 支持,其他的为 MPEG4 支持的。

avcodec.h
 

#define FF_PROFILE_AAC_MAIN 0
#define FF_PROFILE_AAC_LOW  1
#define FF_PROFILE_AAC_SSR  2
#define FF_PROFILE_AAC_LTP  3
#define FF_PROFILE_AAC_HE   4
#define FF_PROFILE_AAC_HE_V2 28
#define FF_PROFILE_AAC_LD   22
#define FF_PROFILE_AAC_ELD  38
#define FF_PROFILE_MPEG2_AAC_LOW 128
#define FF_PROFILE_MPEG2_AAC_HE  131

MAIN 代表主规格

LOW 低复杂度规格(Low Complexity)

SSR 可变采样率规格(Scaleable Sample Rate)

LTP 长时期预测规格(Long Term Predicition)

HE 高效率规格(High Efficiency)AAC+

HE_V2 高效率 V2 规格(High Efficiency V2)Enhanced AAC+

LD 低延迟规格(Low Delay)

ELD 增强低延迟规格(Enhanced low Low Delay)

1.2 格式

查看《ISO/IEC 13818-7》可进一步了解 AAC 音频的详细格式。AAC 的音频文件格式有 ADIF 和 ADTS。

ADIF:Audio Data Interchange Format

音频数据交换格式。这种格式的特征是可以确定的找到这个音频数据的开始,不需进行在音频数据流中间开始的解码,即它的解码必须在明确定义的开始处进行。故这种格式常用在磁盘文件中。

音频数据交换格式序列包括 ADIF 头,字节对齐和实际数据。
FFmpeg 解码 AAC 格式的音频

adif_id 表示音频数据交换格式的 ID。它的值是 0x41444946 (最高位在前),这是字符串“ADIF”的 ASCII 表示形式。

copyright_id_present 指示copyright_id是否存在。

copyright_id 该字段由一个8位的 copyright_identifier 和一个64位的 copyright_number 组成。

original_copy 参见 ISO/IEC 11172-3 第 2.4.2.3 款对版权的定义。

home 参见 ISO/IEC 11172-3,第 2.4.2.3 小节对 original_copy 的定义。

bitstream_type 指明位流类型的标志:

“0”恒速率比特流;

“1”可变速率比特流。

bitrate 一个23位无符号整数,指示在恒定速率的比特流中比特流的比特率,或在可变速率的比特流中最大峰值比特率(每帧测量)。0表示不知道比特率。

num_program_config_element program_config_element() 的数量。

adif_buffer_fullness 在 adif_sequence() 中对第一个 raw_data_block() 进行编码后 bit reservoir 的状态。

ADTS:Audio Data Transport Stream

音频数据传输流。这种格式的特征是它是一个有同步字的比特流,解码可以在这个流中任何位置开始。它的特征类似于 mp3 数据流格式。

一般情况下 ADTS 的头信息都是 7 个字节,分为 2 部分:

adts_fixed_header() —— 固定部

adts_variable_header() —— 可变部分

FFmpeg 解码 AAC 格式的音频

FFmpeg 解码 AAC 格式的音频 

syncword 同步头,总是 0xFFF,代表着一个 ADTS 帧的开始。

ID MPEG 版本:0 代表 MPEG-4,1 代表 MPEG-2。

layer 总是 ‘00’。

profile 表示使用哪个级别的 AAC。

sampling_frequency_index 表示使用的采样率下标,通过这个下标在 Sampling Frequencies[] 数组中查找得知采样率的值。
FFmpeg 解码 AAC 格式的音频

channel_configuration表示声道数。

frame_length 一个 ADTS 帧的长度包括 ADTS 头和 AAC 原始流。

adts_buffer_fullness ADTS 帧编码过程中 bit reservoir 的状态 ,0x7FF 说明是码率可变的码流。

protection_absent 指示是否存在 error_check() 数据。

private_bit 参见 ISO/IEC 11172-3,第 2.4.2.3 条。

copyright_identification_bit 表示 72 位版权标识字段。

copyright_identification_start 表示 copyright_identification_bit

音频帧是 72 位版权标识的第一个位。如果没有版权标识被传送,这个位应该被保留 “0”。

number_of_raw_data_blocks_in_frame 被复用的 raw_data_block() 的数目。
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二、AAC 音频解码

1.获取 AAC 解码器 Codec,调用 avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_AAC) 获取;

2.调用 avcodec_alloc_context3(…) 分配 AVCodecContext 结构,它是解码器 Codec 上下文;

3.调用 avcodec_parameters_alloc() 分配 AVCodecParameters 结构,可用来给解码器设置必要参数;

4.将必要解码参数设置到 AVCodecParameters,采样率、声道数、解码后的格式(此处需要注意,实际上 AAC 解码器默认解码后的格式都是 AV_SAMPLE_FMT_FLTP)等;

5.接下来调用 avcodec_parameters_to_context(…) 将 AVCodecParameters 结构中的参数复制到 AVCodecContext,AVCodecParameters 结构完成使命调用 avcodec_parameters_free(…) 释放其内存;

6.现在可以调用 avcodec_open2(…) 打开解码器。

接下来就可以从 PacketQueue 队列(存放 AAC 编码的帧队列,不需要带 ADTS 头,因为解码器中的必要信息已经设置)源源不断获取 AAC 编码后的音频帧送入解码器进行解码。将编码帧送到解码器是调用 avcodec_send_packet(…) 实现的,然后就可以调用 avcodec_receive_frame(…) 获取解码帧。

由于有些平台并不支持 AV_SAMPLE_FMT_FLTP 格式的 PCM 直接播放,所以需要将 float PCM 转成 AV_SAMPLE_FMT_S16。

转码流程

1.调用 swr_alloc() 分配 SwrContext 转码上下文结构;

2.调用 swr_alloc_set_opts(…) 给转码上下文结构设置必要参数;

3.调用 swr_init(…) 初始化 SwrContext 转码上下文结构;

4.重复调用 swr_convert(…) 进行转码。

最后,不在使用的 SwrContext 结构、AVFrame 、AVCodecContext 全部都要调用其释放函数进行收尾工作。

FFmpeg 解码 AAC 格式音频代码

将 AAC 解码封装到 AudioDecoder 类中。
 

//
// Created by liuhongwei on 2021/12/7.
//
 
#ifndef AUDIODECODER_H
#define AUDIODECODER_H
 
extern "C" {
//编解码
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include <libswresample/swresample.h>
}
 
#include "PacketQueue.h"
#include "cb/FrameDataCallback.h"
 
class AudioDecoder {
public:
    AudioDecoder(PacketQueue *packetQueue);
 
    ~AudioDecoder();
 
    bool open(unsigned int sampleFreq, unsigned int channels, unsigned int profile = 1);
 
    void close();
 
    void decode();
 
    static void *_decode(void *self) {
        static_cast<AudioDecoder *>(self)->decode();
        return nullptr;
    }
 
    void setFrameDataCallback(FrameDataCallback *frameDataCallback);
 
private:
    PacketQueue *pPacketQueue;
    AVCodecContext *pAudioAVCodecCtx;
    AVFrame *pFrame;
    unsigned int gSampleFreq;
 
    bool volatile isDecoding;
    pthread_t decodeThread;
    pthread_mutex_t *pFrameDataCallbackMutex;
    FrameDataCallback *pFrameDataCallback;
 
    SwrContext *pSwrContext;
    uint8_t *pPCM16OutBuf;
};
 
 
#endif //AUDIODECODER_H

 具体实现

//
// Created by liuhongwei on 2021/12/7.
//
 
#include <unistd.h>
#include "AudioDecoder.h"
 
AudioDecoder::AudioDecoder(PacketQueue *packetQueue) {
    pPacketQueue = packetQueue;
    pFrameDataCallbackMutex = (pthread_mutex_t *) malloc(sizeof(pthread_mutex_t));
    int ret = pthread_mutex_init(pFrameDataCallbackMutex, nullptr);
    if (ret != 0) {
        LOGE("audio FrameDataCallbackMutex init failed.\n");
    }
 
    pFrameDataCallback = nullptr;
    pSwrContext = nullptr;
    pPCM16OutBuf = nullptr;
}
 
AudioDecoder::~AudioDecoder() {
    pthread_mutex_destroy(pFrameDataCallbackMutex);
 
    if (nullptr != pFrameDataCallbackMutex) {
        free(pFrameDataCallbackMutex);
        pFrameDataCallbackMutex = nullptr;
    }
}
 
bool AudioDecoder::open(unsigned int sampleFreq, unsigned int channels, unsigned int profile) {
    gSampleFreq = sampleFreq;
 
    int ret;
    AVCodec *dec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_AAC);
    LOGI("%s audio decoder name: %s", __FUNCTION__, dec->name);
    enum AVSampleFormat sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;//注意:设置为其他值并不生效
    int bytesPerSample = av_get_bytes_per_sample(sample_fmt);
 
    pAudioAVCodecCtx = avcodec_alloc_context3(dec);
 
    if (pAudioAVCodecCtx == nullptr) {
        LOGE("%s AudioAVCodecCtx alloc failed", __FUNCTION__);
        return false;
    }
 
    AVCodecParameters *par = avcodec_parameters_alloc();
    if (par == nullptr) {
        LOGE("%s audio AVCodecParameters alloc failed", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        return false;
    }
 
    par->codec_type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
    par->sample_rate = (int) sampleFreq;
    par->channel_layout = av_get_default_channel_layout((int) channels);
    par->channels = (int) channels;
    par->bit_rate = sampleFreq * channels * bytesPerSample;
    par->format = sample_fmt;
    par->profile = (int) profile;
 
    avcodec_parameters_to_context(pAudioAVCodecCtx, par);
    avcodec_parameters_free(&par);
 
    LOGI("%s sample_rate=%d channels=%d bytesPerSample=%d", __FUNCTION__, sampleFreq, channels,
         bytesPerSample);
    ret = avcodec_open2(pAudioAVCodecCtx, dec, nullptr);
    if (ret < 0) {
        LOGE("%s Can not open audio encoder", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        return false;
    }
    LOGI("%s avcodec_open2 audio SUCC", __FUNCTION__);
    pFrame = av_frame_alloc();
    if (pFrame == nullptr) {
        LOGE("%s audio av_frame_alloc failed", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        return false;
    }
 
    pSwrContext = swr_alloc();
    if (pSwrContext == nullptr) {
        LOGE("%s swr_alloc failed", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        av_frame_free(&pFrame);
        return false;
    }
 
    swr_alloc_set_opts(
            pSwrContext,
            pAudioAVCodecCtx->channel_layout,
            AV_SAMPLE_FMT_S16,
            pAudioAVCodecCtx->sample_rate,
            pAudioAVCodecCtx->channel_layout,
            pAudioAVCodecCtx->sample_fmt,
            pAudioAVCodecCtx->sample_rate,
            0, nullptr
    );
 
    ret = swr_init(pSwrContext);
    if (ret != 0) {
        LOGE("%s swr_init failed", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        av_frame_free(&pFrame);
        swr_free(&pSwrContext);
        return false;
    }
 
    pPCM16OutBuf = (uint8_t *) malloc(
            av_get_bytes_per_sample(AV_SAMPLE_FMT_S16) * 1024);
 
    if (pPCM16OutBuf == nullptr) {
        LOGE("%s PCM16OutBufs malloc failed", __FUNCTION__);
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        av_frame_free(&pFrame);
        swr_free(&pSwrContext);
        return false;
    }
 
    isDecoding = true;
    ret = pthread_create(&decodeThread, nullptr, &AudioDecoder::_decode, (void *) this);
    if (ret != 0) {
        LOGE("audio decode-thread create failed.\n");
        isDecoding = false;
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        av_frame_free(&pFrame);
        swr_free(&pSwrContext);
 
        free(pPCM16OutBuf);
        pPCM16OutBuf = nullptr;
        return false;
    }
 
    return true;
}
 
void AudioDecoder::close() {
    isDecoding = false;
    pthread_join(decodeThread, nullptr);
 
    if (pPCM16OutBuf != nullptr) {
        free(pPCM16OutBuf);
        pPCM16OutBuf = nullptr;
        LOGI("%s PCM16OutBuf free", __FUNCTION__);
    }
 
    if (pSwrContext != nullptr) {
        swr_free(&pSwrContext);
        LOGI("%s SwrContext free", __FUNCTION__);
    }
 
    if (pFrame != nullptr) {
        av_frame_free(&pFrame);
        LOGI("%s audio Frame free", __FUNCTION__);
    }
 
    if (pAudioAVCodecCtx != nullptr) {
        avcodec_free_context(&pAudioAVCodecCtx);
        LOGI("%s audio avcodec_free_context", __FUNCTION__);
    }
}
 
void AudioDecoder::setFrameDataCallback(FrameDataCallback *frameDataCallback) {
    pthread_mutex_lock(pFrameDataCallbackMutex);
    pFrameDataCallback = frameDataCallback;
    pthread_mutex_unlock(pFrameDataCallbackMutex);
}
 
void AudioDecoder::decode() {
    int ret;
    unsigned sleepDelta = 1024 * 1000000 / gSampleFreq / 4;// 一帧音频的 1/4
 
    while (isDecoding) {
        if (pPacketQueue == nullptr) {
            usleep(sleepDelta);
            continue;
        }
 
        AVPacket *pkt = av_packet_alloc();
        if (pkt == nullptr) {
            usleep(sleepDelta);
            continue;
        }
 
        PACKET_STRUCT *packetStruct;
        bool isDone = pPacketQueue->Take(packetStruct);
        if (isDone && packetStruct != nullptr && packetStruct->data != nullptr &&
            packetStruct->data_size > 0) {
            ret = av_new_packet(pkt, packetStruct->data_size);
            if (ret < 0) {
                av_packet_free(&pkt);
                free(packetStruct->data);
                free(packetStruct);
                
                continue;
            }
        } else {
            av_packet_free(&pkt);
            usleep(sleepDelta);
            continue;
        }
 
        memcpy(pkt->data, packetStruct->data, packetStruct->data_size);
 
        pkt->pts = packetStruct->timestamp;
        pkt->dts = packetStruct->timestamp;
 
 
        /* send the packet for decoding */
        ret = avcodec_send_packet(pAudioAVCodecCtx, pkt);
        //LOGD("%s send the audio packet for decoding pkt size=%d", __FUNCTION__, pkt->size);
        free(packetStruct->data);
        free(packetStruct);
 
        av_packet_unref(pkt);
        av_packet_free(&pkt);
 
        if (ret < 0) {
            LOGE("%s Error sending the audio pkt to the decoder ret=%d", __FUNCTION__, ret);
            usleep(sleepDelta);
            continue;
        } else {
            // 编码和解码都是一样的,都是send 1次,然后receive多次, 直到AVERROR(EAGAIN)或者AVERROR_EOF
            while (ret >= 0) {
                ret = avcodec_receive_frame(pAudioAVCodecCtx, pFrame);
                if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
                    usleep(sleepDelta);
                    continue;
                } else if (ret < 0) {
                    LOGE("%s Error receive decoding audio frame ret=%d", __FUNCTION__, ret);
                    usleep(sleepDelta);
                    continue;
                }
 
                // 解码固定为 AV_SAMPLE_FMT_FLTP,需要转码为 AV_SAMPLE_FMT_S16
                // 数据都装在 data[0] 中,而大小则为 linesize[0](实际发现此处大小并不对,大小计算见下面)
                int planeNum = 1;
                int dataLen[planeNum];
                /*dataLen[0] = pFrame->nb_samples *
                             av_get_bytes_per_sample((enum AVSampleFormat) (pFrame->format));*/
                // 重采样转为 S16
                uint8_t *pcmOut[1] = {nullptr};
                pcmOut[0] = pPCM16OutBuf;
                // 音频重采样
                int number = swr_convert(
                        pSwrContext,
                        pcmOut,
                        pFrame->nb_samples,
                        (const uint8_t **) pFrame->data,
                        pFrame->nb_samples
                );
 
                if (number != pFrame->nb_samples) {
                    LOGE("%s swr_convert appear problem number=%d", __FUNCTION__, number);
                } else {
                    dataLen[0] = pFrame->nb_samples *
                                 av_get_bytes_per_sample(AV_SAMPLE_FMT_S16);
                    pthread_mutex_lock(pFrameDataCallbackMutex);
                    if (pFrameDataCallback != nullptr) {
                        //LOGD("%s receive the decode frame size=%d nb_samples=%d", __FUNCTION__, dataLen[0], pFrame->nb_samples);
                        pFrameDataCallback->onDataArrived(StreamType::AUDIO,
                                                          (long long) pFrame->pts,
                                                          (char **) pcmOut,
                                                          dataLen,
                                                          planeNum,
                                                          pAudioAVCodecCtx->channels,
                                                          pAudioAVCodecCtx->sample_rate,
                                                          -1,
                                                          -1);
                    }
                    pthread_mutex_unlock(pFrameDataCallbackMutex);
 
                }
 
 
                av_frame_unref(pFrame);
            }
        }
 
    }
}

 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-500340.html

到了这里,关于FFmpeg 解码 AAC 格式的音频的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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    2024年02月08日
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  • FFmpeg音频解码流程详解及简单demo参考

            本文主要讲解FFmpeg的音频解码具体流程,API使用。最后再以一个非常简单的demo演示将一个mp3格式的音频文件解码为原始数据pcm文件。 本文主要基于FFmpeg音频解码新接口。    API接口简单大体讲解如下:         这一步是ffmpeg的任何程序的第一步都是需要先注

    2023年04月08日
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  • 深入浅出:FFmpeg 音频解码与处理AVFrame全解析

    FFmpeg 是一个开源的音视频处理软件,它包含了一系列的库和程序,用于处理音频、视频和其他多媒体数据。FFmpeg 的名字来源于 “Fast Forward MPEG”,其中 MPEG 是一种常见的音视频编码标准。 FFmpeg 项目于 2000 年由 Fabrice Bellard 启动,他是 QEMU(一种开源的计算机模拟器和虚拟机

    2024年02月04日
    浏览(112)
  • Qt-FFmpeg开发-音频解码为PCM文件(9)

    目录 音视频/FFmpeg #Qt Qt-FFmpeg开发-使用libavcodec API的音频解码示例(MP3转pcm) 1、概述 2、实现效果 3、主要代码 4、完整源代码 更多精彩内容 👉个人内容分类汇总 👈 👉音视频开发 👈 最近研究了一下FFmpeg开发,功能实在是太强大了,网上ffmpeg3、4的文章还是很多的,但是学

    2023年04月08日
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  • ExoPlayer(AndroidX Media3) 扩展ffmpeg实现音频软解码

    1.Ubuntu 20.04.4 LTS 2.AndroidNDK版本r26C 3.AndroidStudio 2023.1.1(配置好SDK和JDK 17.0.10) 4.ffmpeg6.0源码 5.ExoPlayer源码,AndroidX Media release分支版本 目前官方已废弃Exopler2,代码已经迁移到AndroidX Media,下载完成设置FFMPEG_MODULE_PATH变量 1. git clone https://github.com/androidx/media 2. cd media FFMPEG_MODULE_PATH

    2024年04月12日
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  • 【FFmpeg】ffmpeg 命令行参数 ⑦ ( 使用 FFmpeg 提取 PCM 音频数据 | PCM 音频格式 | 提取 PCM 音频格式常用参数 | 查询文档方法 )

    PCM 全称 \\\" Pulse Code Modulation \\\" , 脉冲编码调制 , 该 音频数据 是未经压缩的 采样裸数据 , 只有 知道该数据的 采样率 / 采样位数 / 通道数 才能将该音频数据播放出来 ; PCM 数据是 最原始的音频数据 , 音频内容完全无损 , 但是 PCM 数据体积庞大 , 对 PCM 音频数据压缩 分为 无损压缩

    2024年04月11日
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  • python使用ffmpeg来制作音频格式转换工具(优化版)

    简介:一个使用python加上ffmpeg模块来进行音频格式转换的工具。 日志: 20231030:第一版,设置了简单的UI布局和配色,实现音频转为Mp3、AAC、wav、flac四种格式。可解析音频并显示信息,可设置转换后的保存路径 UI界面: 编程平台:visual studio code 编程语言:python 3.12.0 模块:

    2024年02月06日
    浏览(44)

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