前言
测试环境:
ffmpeg的4.3.2自行编译版本
windows环境
qt5.12
AAC编码是MP3格式的后继产品,通常在相同的比特率下可以获得比MP3更高的声音质量,是iPhone、iPod、iPad、iTunes的标准音频格式。
AAC相较于MP3的改进包含:
更多的采样率选择:8kHz ~ 96kHz,MP3为16kHz ~ 48kHz
更高的声道数上限:48个,MP3在MPEG-1模式下为最多双声道,MPEG-2模式下5.1声道
改进的压缩功能:以较小的文件大小提供更高的质量
改进的解码效率:需要较少的处理能力进行解码
…
AAC编码为了使用不同场景的需求,设计了很多规格
MPEG-2 AAC LC:低复杂度规格(Low Complexity)
MPEG-2 AAC Main:主规格
MPEG-2 AAC SSR:可变采样率规格(Scaleable Sample Rate)
MPEG-4 AAC LC:低复杂度规格(Low Complexity)
现在的手机比较常见的MP4文件中的音频部分使用了该规格
MPEG-4 AAC Main:主规格
MPEG-4 AAC SSR:可变采样率规格(Scaleable Sample Rate)
MPEG-4 AAC LTP:长时期预测规格(Long Term Predicition)
MPEG-4 AAC LD:低延迟规格(Low Delay)
MPEG-4 AAC HE:高效率规格(High Efficiency)
众多规格中只需关注LC和HE
pcm与aac的转换需要AAC编解码器(如下列举几种常用的AAC编解码器)
Nero AAC
支持LC/HE规格
目前已经停止开发维护
FFmpeg AAC
编解码器名字叫做aac
在开发过程中通过这个名字找到编解码器
支持LC规格
FFmpeg官方内置的AAC编解码器,在libavcodec库中
FAAC(Freeware Advanced Audio Coder)
编解码器名字叫做libfaac
在开发过程中通过这个名字找到编解码器,最后调用FAAC库的功能
支持LC规格
可以集成到FFmpeg的libavcodec中
从2016年开始,FFmpeg已经移除了对FAAC的支持
Fraunhofer FDK AAC
编解码器名字叫做libfdk_aac
在开发过程中通过这个名字找到编解码器,最后调用FDK AAC库的功能
支持LC/HE规格
目前质量最高的AAC编解码器
可以集成到FFmpeg的libavcodec中
编码质量排名:Fraunhofer FDK AAC > FFmpeg AAC > FAAC。
由于libfdk_aac最好,但是网上下载好的ffmpeg编译好的版本不带libfdk_aac编解码器。所以我们只能自行编译ffmpeg。
如下命令可以查看FFmpeg目前集成的AAC编解码器
ffmpeg -codecs | findstr aac
自己手动编译FFmpeg源码,将libfdk_aac集成到FFmpeg中,这种方式最好,但在windows环境下较为麻烦。
因为编译源码需要在类Unix系统上的(Linux、Mac等),默认无法直接用在Windows上。所以必须先用MSYS2软件在Windows上模拟出Linux环境,然后再在其中用MinGW软件对FFmpeg进行编译。
链接:windows下msys2编译64位的ffmpeg源码
编译好源码后,需要把.pro文件配置成新编译的源码。
fdk-aac对需要编解码的pcm音频有一定的格式要求
采样格式必须为16位整数PCM
采样率只支持:8000、11025、12000、16000、22050、24000、32000、44100、48000、64000、88200、96000
命令行将pcm和wav文件编码成aac音频
# pcm -> aacffmpeg -ar 44100 -ac 2 -f s16le -i in.pcm -c:a libfdk_aac out.aac-ar 44100 -ac 2 -f s16le --PCM输入数据的参数-c:a 设置音频编码器,c表示codec(编解码器),a表示audio(音频)。 等价写法 -codec:a或-acodec # wav -> aacffmpeg -i in.wav -c:a libfdk_aac out.aac
默认生成的aac文件是LC规格的。aac文件比之前的pcm文件小了很多很多。
aac的缩写还可以是m4a和mp4。虽然现在都只认为mp4是视频文件
首先是pcm编码为aac
完整代码
AacEncodeThread.h
#ifndef AACENCODETHREAD_H#define AACENCODETHREAD_H#include <QFile>#include <QObject>#include <QThread>extern "C" {#include <libavformat/avformat.h>}typedef struct { const char *filename; int sampleRate; AVSampleFormat sampleFmt; int chLayout;} AudioEncodeSpec;class AacEncodeThread : public QThread{ Q_OBJECT public: explicit AacEncodeThread(QObject *parent = nullptr); ~AacEncodeThread(); static int check_sample_fmt(const AVCodec *codec,enum AVSampleFormat sample_fmt); static int encode(AVCodecContext *ctx,AVFrame *frame,AVPacket *pkt,QFile &outFile); static void aacEncode(AudioEncodeSpec &in,const char *outFilename);signals: // QThread interfaceprotected: virtual void run() override;};#endif // AACENCODETHREAD_H
AacEncodeThread.cpp
#include "aacencodethread.h"#include <QDebug>#include <QFile>extern "C" {#include <libavcodec/avcodec.h>#include <libavutil/avutil.h>}#define ERROR_BUF(ret) \ char errbuf[1024]; \ av_strerror(ret, errbuf, sizeof (errbuf));AacEncodeThread::AacEncodeThread(QObject *parent) : QThread(parent){ // 当监听到线程结束时(finished),就调用deleteLater回收内存 connect(this, &AacEncodeThread::finished, this, &AacEncodeThread::deleteLater);}AacEncodeThread::~AacEncodeThread(){ // 断开所有的连接 disconnect(); // 内存回收之前,正常结束线程 requestInterruption(); // 安全退出 quit(); wait(); qDebug() << this << "析构(内存被回收)";}// 检查采样格式int AacEncodeThread::check_sample_fmt(const AVCodec *codec,enum AVSampleFormat sample_fmt) { const enum AVSampleFormat *p = codec->sample_fmts; while (*p != AV_SAMPLE_FMT_NONE) {// qDebug() << av_get_sample_fmt_name(*p); if (*p == sample_fmt) return 1; p++; } return 0;}// 音频编码// 返回负数:中途出现了错误// 返回0:编码操作正常完成int AacEncodeThread::AacEncodeThread::encode(AVCodecContext *ctx, AVFrame *frame, AVPacket *pkt, QFile &outFile) { // 发送数据到编码器 int ret = avcodec_send_frame(ctx, frame); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avcodec_send_frame error" << errbuf; return ret; } // 不断从编码器中取出编码后的数据 // while (ret >= 0) while (true) { ret = avcodec_receive_packet(ctx, pkt); if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) { // 继续读取数据到frame,然后送到编码器 return 0; } else if (ret < 0) { // 其他错误 return ret; } // 成功从编码器拿到编码后的数据 // 将编码后的数据写入文件 outFile.write((char *) pkt->data, pkt->size); // 释放pkt内部的资源 av_packet_unref(pkt); }}void AacEncodeThread::aacEncode(AudioEncodeSpec &in, const char *outFilename){ // 文件 QFile inFile(in.filename); QFile outFile(outFilename); // 返回结果 int ret = 0; // 编码器 AVCodec *codec = nullptr; // 编码上下文 AVCodecContext *ctx = nullptr; // 存放编码前的数据(pcm) AVFrame *frame = nullptr; // 存放编码后的数据(aac) AVPacket *pkt = nullptr; // 获取编码器// codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_AAC); codec = avcodec_find_encoder_by_name("libfdk_aac"); if (!codec) { qDebug() << "encoder not found"; return; } // libfdk_aac对输入数据的要求:采样格式必须是16位整数 // 检查输入数据的采样格式 if (!check_sample_fmt(codec, in.sampleFmt)) { qDebug() << "unsupported sample format" << av_get_sample_fmt_name(in.sampleFmt); return; } // 创建编码上下文 ctx = avcodec_alloc_context3(codec); if (!ctx) { qDebug() << "avcodec_alloc_context3 error"; return; } // 设置PCM参数 ctx->sample_rate = in.sampleRate; ctx->sample_fmt = in.sampleFmt; ctx->channel_layout = in.chLayout; // 比特率 ctx->bit_rate = 32000; // 规格 ctx->profile = FF_PROFILE_AAC_HE_V2; // 打开编码器// AVDictionary *options = nullptr;// av_dict_set(&options, "vbr", "5", 0);// ret = avcodec_open2(ctx, codec, &options); ret = avcodec_open2(ctx, codec, nullptr); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avcodec_open2 error" << errbuf; goto end; } // 创建AVFrame frame = av_frame_alloc(); if (!frame) { qDebug() << "av_frame_alloc error"; goto end; } // frame缓冲区中的样本帧数量(由ctx->frame_size决定) frame->nb_samples = ctx->frame_size; frame->format = ctx->sample_fmt; frame->channel_layout = ctx->channel_layout; // 利用nb_samples、format、channel_layout创建缓冲区 ret = av_frame_get_buffer(frame, 0); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "av_frame_get_buffer error" << errbuf; goto end; } // 创建AVPacket pkt = av_packet_alloc(); if (!pkt) { qDebug() << "av_packet_alloc error"; goto end; } // 打开文件 if (!inFile.open(QFile::ReadOnly)) { qDebug() << "file open error" << in.filename; goto end; } if (!outFile.open(QFile::WriteOnly)) { qDebug() << "file open error" << outFilename; goto end; } // 读取数据到frame中 while ((ret = inFile.read((char *) frame->data[0], frame->linesize[0])) > 0) { // 从文件中读取的数据,不足以填满frame缓冲区 if (ret < frame->linesize[0]) { int bytes = av_get_bytes_per_sample((AVSampleFormat) frame->format); int ch = av_get_channel_layout_nb_channels(frame->channel_layout); // 设置真正有效的样本帧数量 // 防止编码器编码了一些冗余数据 frame->nb_samples = ret / (bytes * ch); } // 进行编码 if (encode(ctx, frame, pkt, outFile) < 0) { goto end; } } // 刷新缓冲区 encode(ctx, nullptr, pkt, outFile);end: // 关闭文件 inFile.close(); outFile.close(); // 释放资源 av_frame_free(&frame); av_packet_free(&pkt); avcodec_free_context(&ctx); qDebug() << "线程正常结束";}void AacEncodeThread::run(){ AudioEncodeSpec in; in.filename = "E:/media/test.pcm"; in.sampleRate = 44100; in.sampleFmt = AV_SAMPLE_FMT_S16; in.chLayout = AV_CH_LAYOUT_STEREO; aacEncode(in, "E:/media/test.aac");}
线程调用:
void MainWindow::on_pushButton_aac_encode_clicked(){ m_pAacEncodeThread=new AacEncodeThread(this); m_pAacEncodeThread->start();}
注意:.h文件中提前声明了以下全局变量
AacEncodeThread *m_pAacEncodeThread=nullptr;
下面是aac解码成pcm
完整代码
AacDecodeThread.h
#ifndef AACDECODETHREAD_H#define AACDECODETHREAD_H#include <QFile>#include <QObject>#include <QThread>extern "C" {#include <libavformat/avformat.h>}typedef struct { const char *filename; int sampleRate; AVSampleFormat sampleFmt; int chLayout;} AudioDecodeSpec;class AacDecodeThread : public QThread{ Q_OBJECT public: explicit AacDecodeThread(QObject *parent = nullptr); ~AacDecodeThread(); static int decode(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt, AVFrame *frame, QFile &outFile); static void aacDecode(const char *inFilename,AudioDecodeSpec &out);signals: // QThread interfaceprotected: virtual void run() override;};#endif // AACDECODETHREAD_H
AacDecodeThread.cpp
#include "aacdecodethread.h"#include <QDebug>extern "C" {#include <libavcodec/avcodec.h>#include <libavutil/avutil.h>}#define ERROR_BUF(ret) \ char errbuf[1024]; \ av_strerror(ret, errbuf, sizeof (errbuf));// 输入缓冲区的大小#define IN_DATA_SIZE 20480// 需要再次读取输入文件数据的阈值#define REFILL_THRESH 4096AacDecodeThread::AacDecodeThread(QObject *parent) : QThread(parent){ // 当监听到线程结束时(finished),就调用deleteLater回收内存 connect(this, &AacDecodeThread::finished, this, &AacDecodeThread::deleteLater);}AacDecodeThread::~AacDecodeThread(){ // 断开所有的连接 disconnect(); // 内存回收之前,正常结束线程 requestInterruption(); // 安全退出 quit(); wait(); qDebug() << this << "析构(内存被回收)";}int AacDecodeThread::decode(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt, AVFrame *frame, QFile &outFile) { // 发送压缩数据到解码器 int ret = avcodec_send_packet(ctx, pkt); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avcodec_send_packet error" << errbuf; return ret; } while (true) { // 获取解码后的数据 ret = avcodec_receive_frame(ctx, frame); if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) { return 0; } else if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avcodec_receive_frame error" << errbuf; return ret; }// for (int i = 0; i < frame->channels; i++) {// frame->data[i];// } // 将解码后的数据写入文件 outFile.write((char *) frame->data[0], frame->linesize[0]); }}void AacDecodeThread::aacDecode(const char *inFilename, AudioDecodeSpec &out){ // 返回结果 int ret = 0; // 用来存放读取的输入文件数据(aac) // 加上AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE是为了防止某些优化过的reader一次性读取过多导致越界 char inDataArray[IN_DATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE]; char *inData = inDataArray; // 每次从输入文件中读取的长度(aac) int inLen; // 是否已经读取到了输入文件的尾部 int inEnd = 0; // 文件 QFile inFile(inFilename); QFile outFile(out.filename); // 解码器 AVCodec *codec = nullptr; // 上下文 AVCodecContext *ctx = nullptr; // 解析器上下文 AVCodecParserContext *parserCtx = nullptr; // 存放解码前的数据(aac) AVPacket *pkt = nullptr; // 存放解码后的数据(pcm) AVFrame *frame = nullptr; // 获取解码器 codec = avcodec_find_decoder_by_name("libfdk_aac"); if (!codec) { qDebug() << "decoder not found"; return; } // 初始化解析器上下文 parserCtx = av_parser_init(codec->id); if (!parserCtx) { qDebug() << "av_parser_init error"; return; } // 创建上下文 ctx = avcodec_alloc_context3(codec); if (!ctx) { qDebug() << "avcodec_alloc_context3 error"; goto end; } // 创建AVPacket pkt = av_packet_alloc(); if (!pkt) { qDebug() << "av_packet_alloc error"; goto end; } // 创建AVFrame frame = av_frame_alloc(); if (!frame) { qDebug() << "av_frame_alloc error"; goto end; } // 打开解码器 ret = avcodec_open2(ctx, codec, nullptr); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avcodec_open2 error" << errbuf; goto end; } // 打开文件 if (!inFile.open(QFile::ReadOnly)) { qDebug() << "file open error:" << inFilename; goto end; } if (!outFile.open(QFile::WriteOnly)) { qDebug() << "file open error:" << out.filename; goto end; } while ((inLen = inFile.read(inDataArray, IN_DATA_SIZE)) > 0) { inData = inDataArray; while (inLen > 0) { // 经过解析器解析 // 内部调用的核心逻辑是:ff_aac_ac3_parse ret = av_parser_parse2(parserCtx, ctx, &pkt->data, &pkt->size, (uint8_t *) inData, inLen, AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE, 0); if (ret < 0) { ERROR_BUF(ret); qDebug() << "av_parser_parse2 error" << errbuf; goto end; } // 跳过已经解析过的数据 inData += ret; // 减去已经解析过的数据大小 inLen -= ret; // 解码 if (pkt->size > 0 && decode(ctx, pkt, frame, outFile) < 0) { goto end; } } } decode(ctx, nullptr, frame, outFile); // 赋值输出参数 out.sampleRate = ctx->sample_rate; out.sampleFmt = ctx->sample_fmt; out.chLayout = ctx->channel_layout;end: inFile.close(); outFile.close(); av_packet_free(&pkt); av_frame_free(&frame); av_parser_close(parserCtx); avcodec_free_context(&ctx);}void AacDecodeThread::run(){ AudioDecodeSpec out; out.filename = "E:/media/test.pcm"; aacDecode("E:/media/test.aac", out); qDebug() << "采样率:" << out.sampleRate; qDebug() << "采样格式:" << av_get_sample_fmt_name(out.sampleFmt); qDebug() << "声道数:" << av_get_channel_layout_nb_channels(out.chLayout);}
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