为什么要重采样

从设备采集的音频数据与编码器要求的数据不一致
扬声器要求的音频数据与要播放的音频数据不一致
更方便运算（回音消除须使用单声道，需要先转换）

比如说语音识别，需要很低的采样率就可以了，高了增加了数据量，毫无用处，这时候就需要进行音频重采样，重采样可以改变音频采样值或采样格式。

完整代码

代码参考了FFmpeg示例，利用 fill_samples() 函数生成正弦波音频数据，然后，实现将48000采样值转换成44100的功能。代码一开始做了最基本的初始化，然后分配空间，计算采样值，最后进行采样值的转换，将转换后的数据写入本地文件。代码中的关键函数是 swr_convert()，采样值的转换就是靠他完成。
以下代码在Qt5.14.0中验证OK，代码如下：

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{#endif
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/channel_layout.h>
#include <libavutil/samplefmt.h>
#include <libswresample/swresample.h>
#ifdef __cplusplus
}
#endif#define IN_RATE  48000  // 输入采样率
#define OUT_RATE 44100  // 输出采样率// 获取采样格式
static int get_format_from_sample_fmt(const char **fmt,enum AVSampleFormat sample_fmt)
{char *lettle_end = NULL;char *big_end    = NULL;switch ((int)sample_fmt) {  // 根据枚值获取音频编码格式字符串case AV_SAMPLE_FMT_U8:  big_end = "u8";    lettle_end = "u8";    break; // 大端模式和小端模式case AV_SAMPLE_FMT_S16: big_end = "s16be"; lettle_end = "s16le"; break;case AV_SAMPLE_FMT_S32: big_end = "s32be"; lettle_end = "s32le"; break;case AV_SAMPLE_FMT_FLT: big_end = "f32be"; lettle_end = "f32le"; break;case AV_SAMPLE_FMT_DBL: big_end = "f64be"; lettle_end = "f64le"; break;default: return AVERROR(EINVAL);}*fmt = AV_NE(big_end, lettle_end);  // 一般计算机都是小端模式，宏展开为 *fmt = lettle_endreturn 0;
}// 交错模式生成输入源
static void fill_samples(double *dst, int nb_samples, int nb_channels, int sample_rate, double *t)
{int i, j;double tincr = 1.0 / sample_rate, *dstp = dst;const double c = 2 * M_PI * 440.0; // 440Hz// 产生440Hz重复通道的正弦信号for (i = 0; i < nb_samples; i++) {*dstp = sin(c * *t);for (j = 1; j < nb_channels; j++)dstp[j] = dstp[0];dstp += nb_channels;*t += tincr;}
}int main()
{// 输入参数struct SwrContext   *swr_ctx        = swr_alloc();               // 重采样上下文enum AVSampleFormat src_sample_fmt  = AV_SAMPLE_FMT_DBL;         // 交错采样模式enum AVSampleFormat dst_sample_fmt  = AV_SAMPLE_FMT_S16;         // 有符号16位uint8_t             **src_data      = NULL;                      // 输入音频数据缓冲区uint8_t             **dst_data      = NULL;                      // 输出音频数据缓冲区int                 src_nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(AV_CH_LAYOUT_STEREO); // 输入通道数int                 dst_nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(AV_CH_LAYOUT_STEREO); // 输出通道数int                 src_linesize;                                // 输入音频行数据大小，取决于声道数和采样格式是否是交错模式int                 dst_linesize;                                // 输出音频行数据大小int                 src_nb_samples  = 1024;                      // 输入固定按1024个采样点int                 dst_nb_samples;                              // 当前输出数据包的真实采样数量int                 max_dst_nb_samples;                          // 最大的采样数量int                 dst_bufsize;                                 // 当前数据包采样值大小const char          *dst_filename   = "out.pcm";                 // 保存输出的pcm到本地，然后播放验证FILE                *dst_file       = fopen(dst_filename, "wb");const char          *fmt;double              t = 0.0;int                 ret = 0;if (!dst_file) { exit(1);  } // 输出文件打开失败if (!swr_ctx)  { goto end; } // 重采样上下文创建失败// 输入参数av_opt_set_int(swr_ctx, "in_channel_layout",  AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0); // 输入立体声av_opt_set_int(swr_ctx, "out_channel_layout", AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0); // 输出立体声av_opt_set_int(swr_ctx, "in_sample_rate",     IN_RATE, 0);             // 输入采样率48000av_opt_set_int(swr_ctx, "out_sample_rate",    OUT_RATE, 0);            // 输出采样率44100av_opt_set_sample_fmt(swr_ctx, "in_sample_fmt",  src_sample_fmt, 0);av_opt_set_sample_fmt(swr_ctx, "out_sample_fmt", dst_sample_fmt, 0);// 初始化重采样if (swr_init(swr_ctx) < 0) { goto end; }// 给输入源分配内存空间ret = av_samples_alloc_array_and_samples(&src_data, &src_linesize, src_nb_channels, src_nb_samples, src_sample_fmt, 0);if (ret < 0) { goto end; }// 计算输出采样数量max_dst_nb_samples = dst_nb_samples = av_rescale_rnd(src_nb_samples, OUT_RATE, IN_RATE, AV_ROUND_UP);// 分配输出缓存内存ret = av_samples_alloc_array_and_samples(&dst_data, &dst_linesize, dst_nb_channels, dst_nb_samples, dst_sample_fmt, 0);if (ret < 0) { goto end; }do {fill_samples((double *)src_data[0], src_nb_samples, src_nb_channels, IN_RATE, &t); // 生成输入源// 计算采样数量int64_t delay = swr_get_delay(swr_ctx, IN_RATE); // swr_convert可能有没转换的数据，这里需要获取缓存// 计算新的采样数量 dst_nb_samples = (delay + src_nb_samples) * OUT_RATE / IN_RATE，结果向上取整dst_nb_samples = av_rescale_rnd(delay + src_nb_samples, OUT_RATE, IN_RATE, AV_ROUND_UP);if (dst_nb_samples > max_dst_nb_samples) {       // 采样数量不够大，重新分配av_freep(&dst_data[0]);ret = av_samples_alloc(dst_data, &dst_linesize, dst_nb_channels, dst_nb_samples, dst_sample_fmt, 1);if (ret < 0) { break; }              // 空间分配失败max_dst_nb_samples = dst_nb_samples; // 更新最大采样数量}// 音频重采样if ((ret = swr_convert(swr_ctx, dst_data, dst_nb_samples, (const uint8_t **)src_data, src_nb_samples)) < 0) { goto end; }if ((dst_bufsize = av_samples_get_buffer_size(&dst_linesize, dst_nb_channels, ret, dst_sample_fmt, 1)) < 0) { goto end; }printf("t:%f in:%d out:%d\n", t, src_nb_samples, ret);fwrite(dst_data[0], 1, dst_bufsize, dst_file);  // 将pcm数据写入本地文件} while (t < 10);// ========== 刷新最后几个样本 ==========if (swr_convert(swr_ctx, dst_data, dst_nb_samples, NULL, 0) < 0) { goto end; }if ((dst_bufsize = av_samples_get_buffer_size(&dst_linesize, dst_nb_channels, ret, dst_sample_fmt, 1)) < 0) { goto end; }printf("flush in:%d out:%d\n", 0, ret);  // 最后有几个样本，非常小fwrite(dst_data[0], 1, dst_bufsize, dst_file);  // 将最后一点pcm数据写入本地文件if (get_format_from_sample_fmt(&fmt, dst_sample_fmt) < 0) { goto end; }fprintf(stderr, "ffplay -f %s -channel_layout %"PRId64" -channels %d -ar %d %s\n",   // 转换成功，打印音频播放命令fmt, (int64_t)AV_CH_LAYOUT_STEREO, dst_nb_channels, OUT_RATE, dst_filename);end:  // 结束并释放空间fclose(dst_file);if (src_data)av_freep(&src_data[0]);av_freep(&src_data);if (dst_data)av_freep(&dst_data[0]);av_freep(&dst_data);swr_free(&swr_ctx);return 0;
}

运行结果

编译运行后会在输出目录看到一个out.pcm文件，使用ffplay -f s16le -channel_layout 3 -channels 2 -ar 44100 out.pcm命令即可播放，声音为一个连续的但音调。

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FFmpeg系列（五）—— 音频重采样

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