FFMPEG实现PCM编码(采用封装格式实现)

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音频编解码基础
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FAAD库实现ADTS格式解码
FFMPEG实现对AAC解码(采用封装格式实现)
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本篇基于FFMPEG实现把PCM编码成AAC或者MP3格式的视频文件,编码的比特率都是64kbps,代码中AAC格式编码不需要音频重采样，而MP3格式编码只支持样本平行存储的方式。在编码中，首先PCM文件的格式是一种编码方式，这种是波形编码，而各种压缩算法实现本身会支持一个格式，如对通道，样本格式的要求，所以当PCM文件格式与编码实现不一致时，就需要对PCM数据重采样，然后编码。MP3格式据说编码比特率在128Kbps的情况下，高频部分损失比较严重，后面可以分析一下。本篇编码是把AAC或者MP3当做一种封装格式如MP4这种封装格式进行的，下篇将介绍一种只打开编码器，不打开封装格式，获取原始数据直接送入编码器的方式。ffmpeg编码的AAC是ADTS格式。

PCM编码AAC或者MP3代码：

/*******************************************************************************
Copyright (c) wubihe Tech. Co., Ltd. All rights reserved.
--------------------------------------------------------------------------------Date Created:   2014-10-25
Author:         wubihe QQ:1269122125 Email:1269122125@qq.com
Description:    代码实现PCM编码AAC,MP3格式
--------------------------------------------------------------------------------
Modification History
DATE          AUTHOR          DESCRIPTION
--------------------------------------------------------------------------------********************************************************************************/
#include <stdio.h>#define __STDC_CONSTANT_MACROS#ifdef _WIN32
//Windows
extern "C"
{
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswresample/swresample.h"
};
#else
//Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#ifdef __cplusplus
};
#endif
#endif#define INPUT_FILE_NAME           ("huangdun_r48000_FMT_S16_c2.pcm")
//输出文件前缀
#define OUTPUT_FILE_NAME_PREFIX ("huangdun")
//输出文件后缀
//#define OUTPUT_FILE_NAME_SUFFIX   ("aac")
//输出文件后缀
#define OUTPUT_FILE_NAME_SUFFIX ("mp3")
//输出文件比特率 该值越大 音频质量越好 音质损失越小
#define OUTPUT_FILE_BIT_RATE    (64000)int flush_encoder(AVFormatContext *fmt_ctx,unsigned int stream_index)
{int ret;int got_frame;AVPacket enc_pkt;if (!(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec->codec->capabilities &CODEC_CAP_DELAY))return 0;while (1) {enc_pkt.data = NULL;enc_pkt.size = 0;av_init_packet(&enc_pkt);//输入视频帧为NULLret = avcodec_encode_audio2 (fmt_ctx->streams[stream_index]->codec, &enc_pkt,NULL, &got_frame);av_frame_free(NULL);if (ret < 0)break;if (!got_frame){ret=0;break;}printf("Flush Encoder: Succeed to encode 1 frame!\tsize:%5d\n",enc_pkt.size);/* mux encoded frame */ret = av_write_frame(fmt_ctx, &enc_pkt);if (ret < 0)break;}return ret;
}int main()
{static char*pFormatName[]={"FMT_U8","FMT_S16","FMT_S32","FMT_FLT","FMT_DBL","FMT_U8P","FMT_S16P","FMT_S32P","FMT_FLTP","FMT_DBLP"};//各种不同格式对应字节数static int mapSampleBytes[AV_SAMPLE_FMT_NB]={1,2,4,4,8,1,2,4,4,8};//PCM原始数据格式uint64_t iInputLayout             = AV_CH_LAYOUT_STEREO;int      iInputChans              = av_get_channel_layout_nb_channels(iInputLayout);AVSampleFormat eInputSampleFormat   = AV_SAMPLE_FMT_S16;int        iInputSampleRate           = 48000;//不同样本格式长度int iInputSampleBytes             = mapSampleBytes[eInputSampleFormat];//PCM需要重采样的格式 部分编码器不支持原始PCM的数据格式如MP3uint64_t iOutputLayout             = AV_CH_LAYOUT_STEREO;int      iOutputChans             = av_get_channel_layout_nb_channels(iOutputLayout);AVSampleFormat eOutputSampleFormat ;int       iOutputSampleRate          = 48000;if(strcmp(OUTPUT_FILE_NAME_SUFFIX,"aac") == 0){eOutputSampleFormat    = AV_SAMPLE_FMT_S16;}else if(strcmp(OUTPUT_FILE_NAME_SUFFIX,"mp3") == 0){//MP3不支持AV_SAMPLE_FMT_S16这种格式eOutputSampleFormat   = AV_SAMPLE_FMT_S16P;}else{}//编码样本长度int iOutputSampleBytes    = mapSampleBytes[eOutputSampleFormat];//是否需要重采样bool bNeedResample = false;if(eInputSampleFormat != eOutputSampleFormat){bNeedResample = true;}//是否平面存储结构bool bPlanner      = false;if((eOutputSampleFormat>=AV_SAMPLE_FMT_U8P) &&(eOutputSampleFormat<=AV_SAMPLE_FMT_DBLP)){bPlanner      = true;}//打开输入文件FILE *pInputFile = fopen("huangdun_r48000_FMT_S16_c2.pcm", "rb");if(pInputFile == NULL){}//打开输出文件char szOutFileName[256]={0};sprintf(szOutFileName,"%s_br%d_sr%d.%s",OUTPUT_FILE_NAME_PREFIX,OUTPUT_FILE_BIT_RATE,iOutputSampleRate,OUTPUT_FILE_NAME_SUFFIX);FILE *pOutputFile = fopen(szOutFileName, "wb");//打开中间测试文件char szTempFileName[256]={0};sprintf(szTempFileName,"%s_sr%d_c1.pcm",OUTPUT_FILE_NAME_PREFIX,iOutputSampleRate);FILE *pTempFile = fopen(szTempFileName, "wb");int iReturn;///编码器操作//注册所有编解码器av_register_all();    //封装格式上下文 AVFormatContext中有AVInputFormat和AVOutputFormat//解复用时avformat_open_input()初始化AVInputFormat，复用时用户自己初始化AVOutputFormatAVFormatContext* pFormatCtx;AVOutputFormat * fmt;//Method 1.分配一个封装格式pFormatCtx = avformat_alloc_context();//根据后缀名 填充 输出格式上下文fmt = av_guess_format(NULL, szOutFileName, NULL);pFormatCtx->oformat = fmt;//Method 2.//avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx, NULL, NULL, out_file);//fmt = pFormatCtx->oformat;//添加一个流AVStream  *audio_st = avformat_new_stream(pFormatCtx, 0);if (audio_st==NULL){return -1;}//添加一个输出路径if (avio_open(&pFormatCtx->pb,szOutFileName, AVIO_FLAG_READ_WRITE) < 0){printf("Failed to open output file!\n");return -1;}//Show some information 日志信息av_dump_format(pFormatCtx, 0, szOutFileName, 1);//初始化编码器相关结构体 获取输出流中的编码上下文AVCodecContext* pCodecCtx = audio_st->codec;pCodecCtx->codec_id       = fmt->audio_codec ;pCodecCtx->codec_type     = AVMEDIA_TYPE_AUDIO  ;//立体声pCodecCtx->channel_layout = iOutputLayout  ;pCodecCtx->channels       = iOutputChans    ;//编码比特率 AAC支持多种比特率 一般比特率越高 视频质量越好 需要传输带宽越大pCodecCtx->bit_rate         = OUTPUT_FILE_BIT_RATE; pCodecCtx->sample_rate    = iOutputSampleRate;//PCM样本深度为AV_SAMPLE_FMT_S16 但不是所有格式的编码都支持这种格式pCodecCtx->sample_fmt      = eOutputSampleFormat;//编码器AVCodec* pCodec = avcodec_find_encoder(pCodecCtx->codec_id);if (!pCodec){printf("Can not find encoder!\n");return -1;}//打开解码器 有可能失败 -22 错误，原因不同的编码格式支持的样本格式不一样//如封装AAC格式样本格式是AV_SAMPLE_FMT_FLT，打开就出错if ((iReturn = avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec,NULL)) < 0){printf("Failed to open encoder :[%d]!\n",iReturn);return -1;}//重采用上下文SwrContext *pSwrCtx = NULL;//原始数据帧AVFrame* pRawframe  = NULL;//原始帧一Planer的大小 非平面分布的情况就是缓存总大小int iRawLineSize = 0;//原始帧缓存大小int iRawBuffSize = 0;//原始帧缓存uint8_t *pRawBuff= NULL;//重采样后数据帧AVFrame* pConvertframe = NULL;//重采样后一Planer的大小int iConvertLineSize  = 0;//重采样后缓存大小int iConvertBuffSize  = 0;//重采样后帧缓存uint8_t *pConvertBuff = NULL;//1帧数据样本数int iFrameSamples = pCodecCtx->frame_size;// 存储原始数据 iRawLineSize = 0;iRawBuffSize  = av_samples_get_buffer_size(&iRawLineSize, iInputChans, iFrameSamples, eInputSampleFormat, 0);pRawBuff = (uint8_t *)av_malloc(iRawBuffSize);//原始数据保存在AVFrame结构体中pRawframe = av_frame_alloc();pRawframe->nb_samples = iFrameSamples;pRawframe->format        = eInputSampleFormat;pRawframe->channels     = iInputChans;iReturn = avcodec_fill_audio_frame(pRawframe, iInputChans, eInputSampleFormat, (const uint8_t*)pRawBuff, iRawBuffSize, 0);if(iReturn<0){return -1;}if(bNeedResample){pSwrCtx = swr_alloc_set_opts(NULL,iOutputLayout, eOutputSampleFormat, iOutputSampleRate,iInputLayout,eInputSampleFormat , iInputSampleRate,0, NULL);swr_init(pSwrCtx);// 存储转换后数据 iConvertLineSize  = 0;iConvertBuffSize  = av_samples_get_buffer_size(&iConvertLineSize, iOutputChans, iFrameSamples, eOutputSampleFormat, 0);pConvertBuff      = (uint8_t *)av_malloc(iConvertBuffSize);//转换后数据保存在AVFrame结构体中pConvertframe = av_frame_alloc();pConvertframe->nb_samples   = iFrameSamples;pConvertframe->format        = eOutputSampleFormat;pConvertframe->channels     = iOutputChans;iReturn = avcodec_fill_audio_frame(pConvertframe, iOutputChans, eOutputSampleFormat, (const uint8_t*)pConvertBuff, iConvertBuffSize, 0);if(iReturn<0){return -1;}}//编码以后的数据是AVPacketAVPacket pkt;if(!bNeedResample){av_new_packet(&pkt,iRawBuffSize);}else{av_new_packet(&pkt,iConvertBuffSize);}//Write Headeravformat_write_header(pFormatCtx,NULL);//统计读取样本数long long lReadTotalSamples = 0;//每次读取样本数int iReadSamples;//统计所有的帧数int iFrameNum =0;//是否编码成功int got_frame =0;//临时AVFrame* pTempFrame=NULL;//读取数据 保存在pConvertframe->dataint iRealRead = fread(pRawBuff, 1, iRawBuffSize, pInputFile);while(iRealRead>0){iReadSamples = iRealRead/(iInputSampleBytes*iInputChans);if(bNeedResample){swr_convert(pSwrCtx, (uint8_t**)pConvertframe->data, iFrameSamples ,(const uint8_t**)pRawframe->data, iFrameSamples );if(bPlanner){ //只保存一个通道 因为保存多个通道测试工具 audacity看不了fwrite(pConvertframe->data[0],pConvertframe->linesize[0],1,pTempFile);}printf("Convert Frame :%d\n",++iFrameNum);pTempFrame = pConvertframe;}else{pTempFrame = pRawframe;}pTempFrame->pts            = lReadTotalSamples;got_frame               = 0;//Encodeif(avcodec_encode_audio2(pCodecCtx, &pkt,pTempFrame, &got_frame)<0){printf("Failed to encode!\n");return -1;}if (got_frame==1){printf("Succeed to encode 1 frame! \tsize:%5d\n",pkt.size);pkt.stream_index = audio_st->index;av_write_frame(pFormatCtx, &pkt);av_free_packet(&pkt);}//统计样本数以转换前为准 转换前后样本数是一样的lReadTotalSamples += (iReadSamples);iRealRead = fread(pRawBuff, 1, iRawBuffSize, pInputFile);}//刷新编码器if(flush_encoder(pFormatCtx,0)<0){printf("Flushing encoder failed\n");return -1;}fclose(pInputFile);fclose(pOutputFile);fclose(pTempFile);av_free(pRawBuff);if(bNeedResample){av_free(pConvertBuff);swr_free(&pSwrCtx);}printf("Convert Success!!\n");getchar();return 0;}

编码AAC生成文件 huangdun_br64000_sr48000.aac，可以直接用普通播放器播放如VLC

编码mp3生成文件 huangdun_br64000_sr48000.mp3，可以直接用普通播放器播放如VLC

MP3格式频谱分析

原始PCM格式频谱图

编码MP3后的频谱图

从上面频谱图可以看出MP3格式编码对高频部分衰减确实很厉害，图中11000HZ---15000HZ部分全部衰减掉了。现在把程序中编码比特率提高到128Kbps,来看看效果。

可以看到高频部分15000HZ衰减有明显减少，由此得出结论MP3编码格式优点压缩率高，能够在低码率的情况下提高较好的音质，适合网络传输，但是缺点是比特率低于128kbps的情况，高频部分有很高的衰减。

DEMO编译环境： Win7_64bit+VS2008

DEMO下载地址:https://download.csdn.net/download/hiwubihe/10569791

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