【音视频 | opus】opus编解码库(opus-1.4)详细介绍以及使用——附带解码示例代码

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opus和Ogg相关系列文章:
1、RFC3533 :Ogg封装格式版本 0(The Ogg Encapsulation Format Version 0)
2、Ogg封装格式详解------包含Ogg封装过程、数据包(packet)、页(page)、段(segment)等
3、libogg库详解介绍以及使用------附带libogg库解析.opus文件的C源码
4、RFC7845:Opus音频编解码器的Ogg封装(Ogg Encapsulation for the Opus Audio Codec)
5、opus编解码库(opus-1.4)详细介绍以及使用------附带解码示例代码
6、opus编码的Ogg封装文件详解

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目录

  • 🎄一、概述
  • [🎄二、opus 库编译](#🎄二、opus 库编译)
    • [✨2.1 编译环境](#✨2.1 编译环境)
    • [✨2.2 opus-1.4 库编译](#✨2.2 opus-1.4 库编译)
    • [✨2.3 opus_demo 使用](#✨2.3 opus_demo 使用)
  • [🎄三、opus-1.4 库函数介绍](#🎄三、opus-1.4 库函数介绍)
    • [✨3.1 opus 编码相关库函数](#✨3.1 opus 编码相关库函数)
    • [✨3.2 opus 解码相关库函数](#✨3.2 opus 解码相关库函数)
  • [🎄四、opus 解码流程及源码](#🎄四、opus 解码流程及源码)
  • 🎄五、总结

🎄一、概述

Opus是一款完全开放、免版税、高度通用的音频编解码器。Opus在互联网上的交互式语音和音乐传输方面无与伦比,但也适用于存储和流媒体应用。它被互联网工程任务组(IETF)标准化为 RFC 6716,它结合了Skype的SILK编解码器和Xiph.Org的CELT编解码器的技术。

Opus可以处理广泛的音频应用程序,包括IP语音、视频会议、游戏内聊天,甚至远程现场音乐表演。它可以从低比特率的窄带语音扩展到非常高质量的立体声音乐。支持的功能包括:

  • 比特率从6 kb/s到510 kb/s

  • 采样率从8kHz(窄带)到48kHz(全频带)

  • 帧大小从2.5毫秒到60毫秒

  • 支持恒定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)

  • 从窄带到全频带的音频带宽

  • 支持语音和音乐

  • 支持单声道和立体声

  • 最多支持255个通道(多流帧)

  • 可动态调整的比特率、音频带宽和帧大小

  • 良好的丢失鲁棒性和丢包隐藏性(PLC)

  • 浮点和定点实现

需要了解更多opus的内容,可以到opus官网:https://www.opus-codec.org

API手册:Opus audio codec (RFC 6716): API and operations manual 1.1.3

🎄二、opus 库编译

下载 opus 库,点击链接:https://www.opus-codec.org/downloads/,本文下载的是opus-1.4.tar.gz

✨2.1 编译环境

sh 复制代码
$ uname -a
Linux ubuntu 4.4.0-128-generic #154~14.04.1-Ubuntu SMP Fri May 25 14:58:51 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 14.04.5 LTS
Release:        14.04
Codename:       trusty

$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.8/lto-wrapper
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.4' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.8/README.Bugs --enable-languages=c,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.8 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.8 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --disable-libmudflap --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.8.4 (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.4) 

✨2.2 opus-1.4 库编译

sh 复制代码
tar zxvf opus-1.4.tar.gz
cd opus-1.4/
./configure --prefix=`pwd`/result_gcc
make && make install

✨2.3 opus_demo 使用

opus-1.4 库编译之后,在opus-1.4/.libs目录会出现一个名为 opus_demo 的可执行程序,该程序的源码在opus-1.4/src/opus_demo.c 路径。

opus_demo 是演示 opus-1.4 库 API 函数的一个demo,功能是将PCM音频文件编码成opus数据,或者将opus数据解码成PCM文件。注意,它编码出来的opus并不能直接使用VLC播放,因为只是一些数据包,并没有封装成VLC可识别的音频文件。

使用下面命令进行opus编码,这里将48000Hz-16bit-2ch-ChengDu.pcm作为输入文件,输入采样率48000、通道数2、510000的比特流,最后编码输出 opus_demo.out 文件:

sh 复制代码
./opus_demo -e audio 48000 2 510000 48000Hz-16bit-2ch-ChengDu.pcm opus_demo.out


使用下面命令可以将上面的输出文件opus_demo.out还原回PCM音频文件opus_demo_dec.pcm

sh 复制代码
./opus_demo -d 48000 2 opus_demo.out opus_demo_dec.pcm

🎄三、opus-1.4 库函数介绍

opus-1.4 的库函数都在 opus.h 头文件中,库函数总共分为下面6个部分,在头文件搜索defgroup可以依次跳到各个部分开头,现在只有前三个部分。:

  • opus_encoder :编码相关
  • opus_decoder :解码相关
  • opus_repacketizer :重新打包器相关
  • opus_multistream
  • opus_libinfo
  • opus_custom

每个API函数在 opus.h 头文件中都要详细的英文解释,部分函数还有实例代码,如果还有不懂,就看opus_demo.c的代码,也有助于清楚怎么使用。

下面摘取个别常用的库函数:

✨3.1 opus 编码相关库函数

c 复制代码
int opus_encoder_get_size(int channels);
功能:获取一个 OpusEncoder 结构体的大小
参数:
	channels:通道数,必须1或2;
返回值:以字节为单位的大小

//---------------------------------------
OpusEncoder *opus_encoder_create(opus_int32 Fs, int channels, int application, int *error);
功能:分配并初始化编码器状态
参数:
	Fs:采样率,必须是 8000, 12000, 16000, 24000, 48000 之一;
	channels:声道数,1或2;
	application:OPUS_APPLICATION_VOIP 或 OPUS_APPLICATION_AUDIO 或 PUS_APPLICATION_RESTRICTED_LOWDELAY
	error:输出参数,错误码;
返回值:成功返回编码器指针,失败返回NULL;

//---------------------------------------
int opus_encoder_init(OpusEncoder *st, opus_int32 Fs, int channels, int application);
功能:初始化之前分配的编码器状态;

//---------------------------------------
opus_int32 opus_encode(OpusEncoder *st, const opus_int16 *pcm, int frame_size, unsigned char *data, opus_int32 max_data_bytes);
功能:编码一个Opus帧;

//---------------------------------------
opus_int32 opus_encode_float(OpusEncoder *st, const float *pcm, int frame_size, unsigned char *data, opus_int32 max_data_bytes);
功能:从浮点输入编码一个Opus帧

//---------------------------------------
void opus_encoder_destroy(OpusEncoder *st);
功能:释放 opus_encoder_create 分配的 OpusEncoder 指针;

//---------------------------------------
int opus_encoder_ctl(OpusEncoder *st, int request, ...);
功能:在Opus编码器上执行控制功能。

✨3.2 opus 解码相关库函数

c 复制代码
int opus_decoder_get_size(int channels);
功能:获取一个 OpusDecoder 结构体的大小
参数:
	channels:通道数,必须1或2;
返回值:以字节为单位的大小

//---------------------------------------
OpusDecoder *opus_decoder_create(opus_int32 Fs,int channels,int *error);
功能:分配并初始化解码器状态
参数:
	Fs:采样率,必须是 8000, 12000, 16000, 24000, 48000 之一;
	channels:声道数,1或2;
	error:输出参数,错误码;
返回值:成功返回解码器指针,失败返回NULL;

//---------------------------------------
int opus_decoder_init(OpusDecoder *st, opus_int32 Fs, int channels);
功能:初始化之前分配的解码器状态;

//---------------------------------------
int opus_decode(OpusDecoder *st, const unsigned char *data, opus_int32 len,
    opus_int16 *pcm, int frame_size, int decode_fec);
功能:解码一个Opus数据包。

//---------------------------------------
int opus_decode_float(OpusDecoder *st, const unsigned char *data, opus_int32 len,
    float *pcm, int frame_size, int decode_fec);
功能:用浮点输出解码一个Opus数据包。

//---------------------------------------
int opus_decoder_ctl(OpusDecoder *st, int request, ...);
功能:在Opus解码器上执行控制功能。

//---------------------------------------
void opus_decoder_destroy(OpusDecoder *st);
功能:释放 opus_decoder_create分配的 OpusDecoder 指针;

//---------------------------------------
int opus_packet_parse(const unsigned char *data,opus_int32 len, unsigned char *out_toc,
   const unsigned char *frames[48],opus_int16 size[48],int *payload_offset);

//---------------------------------------  
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_bandwidth(const unsigned char *data) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples per frame from an Opus packet.
  * @param [in] data <tt>char*</tt>: Opus packet.
  *                                  This must contain at least one byte of
  *                                  data.
  * @param [in] Fs <tt>opus_int32</tt>: Sampling rate in Hz.
  *                                     This must be a multiple of 400, or
  *                                     inaccurate results will be returned.
  * @returns Number of samples per frame.
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_samples_per_frame(const unsigned char *data, opus_int32 Fs) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of channels from an Opus packet.
  * @param [in] data <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @returns Number of channels
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_channels(const unsigned char *data) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of frames in an Opus packet.
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @returns Number of frames
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_frames(const unsigned char packet[], opus_int32 len) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples of an Opus packet.
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @param [in] Fs <tt>opus_int32</tt>: Sampling rate in Hz.
  *                                     This must be a multiple of 400, or
  *                                     inaccurate results will be returned.
  * @returns Number of samples
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_samples(const unsigned char packet[], opus_int32 len, opus_int32 Fs) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples of an Opus packet.
  * @param [in] dec <tt>OpusDecoder*</tt>: Decoder state
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @returns Number of samples
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_decoder_get_nb_samples(const OpusDecoder *dec, const unsigned char packet[], opus_int32 len) OPUS_ARG_NONNULL(1) OPUS_ARG_NONNULL(2);

/** Applies soft-clipping to bring a float signal within the [-1,1] range. If
  * the signal is already in that range, nothing is done. If there are values
  * outside of [-1,1], then the signal is clipped as smoothly as possible to
  * both fit in the range and avoid creating excessive distortion in the
  * process.
  * @param [in,out] pcm <tt>float*</tt>: Input PCM and modified PCM
  * @param [in] frame_size <tt>int</tt> Number of samples per channel to process
  * @param [in] channels <tt>int</tt>: Number of channels
  * @param [in,out] softclip_mem <tt>float*</tt>: State memory for the soft clipping process (one float per channel, initialized to zero)
  */
OPUS_EXPORT void opus_pcm_soft_clip(float *pcm, int frame_size, int channels, float *softclip_mem);

🎄四、opus 解码流程及源码

opus 解码流程:

1、创建 opus 解码器:opus_decoder_create;

2、配置 opus 解码器:opus_decoder_ctl;

3、取出 opus 包;

4、使用 opus_decode 函数对 opus 包解码;

示例代码:

c 复制代码
/**
 * @file opusDec.h
 * @author wkd_007
 * @date 2023-10-27 15:47:38
 */
#ifndef	__OPUS_DEC_H__
#define __OPUS_DEC_H__

#include "opus/opus.h"

#define MAX_OPUS_DEC_FRAME  48000   // opus解码最大采样点个数,如果个数时间小于120ms,可能停止解码,这里设置1000ms的个数
#define OPUS_DEC_CHANNELS   2
class COpusDec
{
public:
    COpusDec();
    ~COpusDec();

    int CreateOpusDecoder(int sampleRate, int channels);
    int OpusDecode(unsigned char* in_data, int in_len, short *out_buf);

private:
    OpusDecoder *decoder;   // opus 解码器指针
    int sample_rate;        // 采样率
    int channel_num;        // 通道数
};
#endif// __OPUS_DEC_H__
c 复制代码
/**
 * @file 	opusDec.cpp
 * @author 	wkd_007
 * @brief 	opus 解码
 * @date 	2023-10-27 15:38:43
 */

#include <stdio.h>
#include "opusDec.h"

COpusDec::COpusDec()
{
	decoder = NULL;
	sample_rate = 0;
	channel_num = 0;
}

COpusDec::~COpusDec()
{
	sample_rate = 0;
	channel_num = 0;
	if(decoder)
	{
		opus_decoder_destroy(decoder);
		decoder = NULL;
	}
}

int COpusDec::CreateOpusDecoder(int sampleRate, int channels)
{
	int err = 0;
    decoder = opus_decoder_create(sampleRate, channels, &err);
	if(err != OPUS_OK || decoder == NULL)
    {
        printf("[%s %d]err=%d decoderIsNULL=%d\n",__FILE__,__LINE__,err, decoder == NULL);
        return -1;
	}
    opus_decoder_ctl(decoder, OPUS_SET_LSB_DEPTH(16));
    sample_rate = sampleRate;
    channel_num = channels;
	return err;
}

int COpusDec::OpusDecode(unsigned char* in_data, int in_len, short *out_buf)
{
	if(decoder == NULL)
		return -1;
    int frame_size = opus_decode(decoder, in_data, in_len, out_buf, MAX_OPUS_DEC_FRAME, 0);
    if (frame_size < 0)
    {
       printf("[%s %d] frame_size=%d in_len=%d\n",__FILE__,__LINE__, frame_size,in_len);
       return frame_size;
    }
    return frame_size;
}

🎄五、总结

本文介绍了opus-1.4 库的下载、编译,demo程序的使用,以及简单介绍常用的opus编解码库函数 ,最后给出opus解码示例代码;

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参考资料:

从RTP包中分析OPUS码流:https://blog.csdn.net/hclbeloved/article/details/115528990

libopus 实现pcm 编码到opus:https://blog.csdn.net/sinat_27720649/article/details/126530085

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