鸿蒙（API 12 Beta3版）【音频编码】

Android技术栈2024-08-11 9:12

开发者可以调用本模块的Native API接口，完成音频编码，即将音频PCM编码压缩成不同的格式。

接口不限制PCM数据的来源，开发者可以调用麦克风录制获取、也可以导入编辑后的PCM数据，通过音频编码，输出对应格式的码流，最后封装为目标格式文件。

当前支持的编码能力如下：

容器规格 音频编码类型
mp4 AAC、Flac
m4a AAC
flac Flac
aac AAC
mp3 MP3
raw G711mu
amr AMR
ogg opus

适用场景

  • 音频录制

    通过录制传入PCM，然后编码出对应格式的码流，最后封装成想要的格式

  • 音频编辑

    编辑PCM后导出音频文件的场景，需要编码成对应音频格式后再封装成文件

开发指导

参考以下示例代码，完成音频编码的全流程，包括：创建编码器、设置编码参数（采样率/码率/声道数等）、开始、刷新、重置、销毁资源。

在应用开发过程中，开发者应按一定顺序调用方法，执行对应操作，否则系统可能会抛出异常或生成其他未定义的行为。具体顺序可参考下列开发步骤及对应说明。

如下为音频编码调用关系图：

在 CMake 脚本中链接动态库

target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_codecbase.so)
target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_core.so)
target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_acodec.so)

开发步骤

  1. 添加头文件。

    #include <multimedia/player_framework/native_avcodec_audiocodec.h>
    #include <multimedia/native_audio_channel_layout.h>
    #include <multimedia/player_framework/native_avcapability.h>
    #include <multimedia/player_framework/native_avcodec_base.h>
    #include <multimedia/player_framework/native_avformat.h>
    #include <multimedia/player_framework/native_avbuffer.h>

  2. 创建编码器实例对象，OH_AVCodec *为编码器实例指针。

    应用可以通过名称或媒体类型创建编码器。

    // c++标准库命名空间
    using namespace std;
    // 通过 codecname 创建编码器
    OH_AVCapability *capability = OH_AVCodec_GetCapability(OH_AVCODEC_MIMETYPE_AUDIO_AAC, true);
    const char *name = OH_AVCapability_GetName(capability);
    OH_AVCodec *audioEnc_ = OH_AudioCodec_CreateByName(name);

    // 设置判定是否为编码；设置true表示当前是编码。
    bool isEncoder = true;
    // 通过媒体类型创建编码器
    OH_AVCodec *audioEnc_ = OH_AudioCodec_CreateByMime(OH_AVCODEC_MIMETYPE_AUDIO_AAC, isEncoder);

    // 初始化队列
    class AEncBufferSignal {
    public:
    std::mutex inMutex_;
    std::mutex outMutex_;
    std::mutex startMutex_;
    std::condition_variable inCond_;
    std::condition_variable outCond_;
    std::condition_variable startCond_;
    std::queue<uint32_t> inQueue_;
    std::queue<uint32_t> outQueue_;
    std::queue<OH_AVBuffer *> inBufferQueue_;
    std::queue<OH_AVBuffer *> outBufferQueue_;
    };
    AEncBufferSignal *signal_;

  3. 调用OH_AudioCodec_RegisterCallback()注册回调函数。

    注册回调函数指针集合OH_AVCodecCallback，包括：

    • OH_AVCodecOnError：编码器运行错误。
    • OH_AVCodecOnStreamChanged：码流信息变化，如声道变化等。
    • OH_AVCodecOnNeedInputBuffer：运行过程中需要新的输入数据，即编码器已准备好，可以输入PCM数据。
    • OH_AVCodecOnNewOutputBuffer：运行过程中产生了新的输出数据，即编码完成。

    开发者可以通过处理该回调报告的信息，确保编码器正常运转。

    // OH_AVCodecOnError回调函数的实现
    static void OnError(OH_AVCodec *codec, int32_t errorCode, void *userData)
    {
    (void)codec;
    (void)errorCode;
    (void)userData;
    }
    // OH_AVCodecOnStreamChanged回调函数的实现
    static void OnOutputFormatChanged(OH_AVCodec *codec, OH_AVFormat *format, void *userData)
    {
    (void)codec;
    (void)format;
    (void)userData;
    }
    // OH_AVCodecOnNeedInputBuffer回调函数的实现
    static void OnInputBufferAvailable(OH_AVCodec *codec, uint32_t index, OH_AVBuffer *data, void *userData)
    {
    (void)codec;
    // 编码输入码流送入InputBuffer队列
    AEncBufferSignal *signal = static_cast<AEncBufferSignal *>(userData);
    unique_lock<mutex> lock(signal->inMutex_);
    signal->inQueue_.push(index);
    signal->inBufferQueue_.push(data);
    signal->inCond_.notify_all();
    }
    // OH_AVCodecOnNewOutputBuffer回调函数的实现
    static void OnOutputBufferAvailable(OH_AVCodec *codec, uint32_t index, OH_AVBuffer *data, void *userData)
    {
    (void)codec;
    // 将对应输出buffer的index送入OutputQueue_队列
    // 将对应编码完成的数据data送入outBuffer队列
    AEncBufferSignal *signal = static_cast<AEncBufferSignal *>(userData);
    unique_lock<mutex> lock(signal->outMutex_);
    signal->outQueue_.push(index);
    signal->outBufferQueue_.push(data);
    }
    signal_ = new AEncBufferSignal();
    OH_AVCodecCallback cb_ = {&OnError, &OnOutputFormatChanged, &OnInputBufferAvailable, &OnOutputBufferAvailable};
    // 配置异步回调
    int32_t ret = OH_AudioCodec_RegisterCallback(audioEnc_, cb_, signal_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  4. 调用OH_AudioCodec_Configure设置编码器。

    设置必选项：采样率，码率，以及声道数，声道类型、位深。

    可选项：最大输入长度。

    flac编码： 需要额外标识兼容性级别(Compliance Level)和采样精度。

    对于44100Hz采样率、2声道立体声、SAMPLE_S16LE采样格式的PCM音频，以32000bps的码率进行AAC编码的调用流程如下：

    int32_t ret;
    // 配置音频采样率（必须）
    constexpr uint32_t DEFAULT_SAMPLERATE = 44100;
    // 配置音频码率（必须）
    constexpr uint64_t DEFAULT_BITRATE = 32000;
    // 配置音频声道数（必须）
    constexpr uint32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
    // 配置音频声道类型（必须）
    constexpr OH_AudioChannelLayout CHANNEL_LAYOUT = OH_AudioChannelLayout::CH_LAYOUT_STEREO;
    // 配置音频位深（必须）
    constexpr OH_BitsPerSample SAMPLE_FORMAT = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S16LE;
    // 配置音频compliance level (默认值0，取值范围-2~2)
    constexpr int32_t COMPLIANCE_LEVEL = 0;
    // 配置音频精度（必须） SAMPLE_S16LE
    constexpr OH_BitsPerSample BITS_PER_CODED_SAMPLE = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S16LE;
    // 每20ms一帧音频数据
    constexpr float TIME_PER_FRAME = 0.02;
    // 配置最大输入长度, 每帧音频数据的大小（可选）
    constexpr uint32_t DEFAULT_MAX_INPUT_SIZE = DEFAULT_SAMPLERATE * TIME_PER_FRAME * DEFAULT_CHANNEL_COUNT * sizeof(short); // aac
    OH_AVFormat *format = OH_AVFormat_Create();
    // 写入format
    OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_AUD_CHANNEL_COUNT, DEFAULT_CHANNEL_COUNT);
    OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_AUD_SAMPLE_RATE, DEFAULT_SAMPLERATE);
    OH_AVFormat_SetLongValue(format,OH_MD_KEY_BITRATE, DEFAULT_BITRATE);
    OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUDIO_SAMPLE_FORMAT, SAMPLE_FORMAT);
    OH_AVFormat_SetLongValue(format,OH_MD_KEY_CHANNEL_LAYOUT, CHANNEL_LAYOUT);
    OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_MAX_INPUT_SIZE, DEFAULT_MAX_INPUT_SIZE);
    // 配置编码器
    ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

例FLAC调用流程：

int32_t ret;
// 配置音频采样率（必须）
constexpr uint32_t DEFAULT_SAMPLERATE = 44100;
// 配置音频码率（必须）
constexpr uint64_t DEFAULT_BITRATE = 261000;
// 配置音频声道数（必须）
constexpr uint32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
// 配置音频声道类型（必须）
constexpr OH_AudioChannelLayout CHANNEL_LAYOUT = OH_AudioChannelLayout::CH_LAYOUT_STEREO;
// 配置音频位深（必须） flac 只有SAMPLE_S16LE和SAMPLE_S32LE
constexpr OH_BitsPerSample SAMPLE_FORMAT = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S32LE;
// 配置音频compliance level (默认值0，取值范围-2~2)
constexpr int32_t COMPLIANCE_LEVEL = 0;
// 配置音频精度（必须） SAMPLE_S16LE和SAMPLE_S24LE和SAMPLE_S32LE
constexpr OH_BitsPerSample BITS_PER_CODED_SAMPLE = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S24LE;
OH_AVFormat *format = OH_AVFormat_Create();
// 写入format
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_CHANNEL_COUNT, DEFAULT_CHANNEL_COUNT);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_SAMPLE_RATE, DEFAULT_SAMPLERATE);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_BITRATE, DEFAULT_BITRATE);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_BITS_PER_CODED_SAMPLE, BITS_PER_CODED_SAMPLE); 
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUDIO_SAMPLE_FORMAT, SAMPLE_FORMAT); 
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_CHANNEL_LAYOUT, CHANNEL_LAYOUT);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_COMPLIANCE_LEVEL, COMPLIANCE_LEVEL); 
// 配置编码器
ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
}

例AMR编码调用流程：

int32_t ret;
// 配置音频采样率（必须），amr-nb输入采样率为8000hz的PCM，amr-wb输入采样率为16000hz的PCM
constexpr uint32_t DEFAULT_SAMPLERATE = 8000;
// 配置音频码率（必须）
// amr-nb支持码率4750、5150、5900、6700、7400、7950、10200、12200
// amr-wb支持码率6600、8850、12650、14250、15850、18250、19850、23050、23850
constexpr uint64_t DEFAULT_BITRATE = 10200;
// 配置音频声道数（必须）
constexpr uint32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 1;
// 配置音频声道类型（必须）
constexpr OH_AudioChannelLayout CHANNEL_LAYOUT = OH_AudioChannelLayout::CH_LAYOUT_MONO;
// 配置音频位深（必须）
constexpr OH_BitsPerSample SAMPLE_FORMAT = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S16LE;
OH_AVFormat *format = OH_AVFormat_Create();
// 写入format
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_CHANNEL_COUNT, DEFAULT_CHANNEL_COUNT);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_SAMPLE_RATE, DEFAULT_SAMPLERATE);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_BITRATE, DEFAULT_BITRATE);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUDIO_SAMPLE_FORMAT, SAMPLE_FORMAT);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_CHANNEL_LAYOUT, CHANNEL_LAYOUT);
// 配置编码器
ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
}

  1. 调用OH_AudioCodec_Prepare()，编码器就绪。

    ret = OH_AudioCodec_Prepare(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  2. 调用OH_AudioCodec_Start()启动编码器，进入运行态。

    unique_ptr<ifstream> inputFile_ = make_unique<ifstream>();
    unique_ptr<ofstream> outFile_ = make_unique<ofstream>();
    // 打开待编码二进制文件路径（此处以输入为PCM文件为例）
    inputFile_->open(inputFilePath.data(), ios::in | ios::binary);
    // 配置编码文件输出路径（此处以输出为编码码流文件为例）
    outFile_->open(outputFilePath.data(), ios::out | ios::binary);
    // 开始编码
    ret = OH_AudioCodec_Start(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  3. 调用OH_AudioCodec_PushInputBuffer()，写入待编码器的数据。

    如果是结束，需要对flag标识成AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS

    aac： 每帧样点数(SAMPLES_PER_FRAME)建议使用20ms的PCM样点数，即采样率*0.02

    flac： 每帧样点数(SAMPLES_PER_FRAME)比较特殊需要，根据如下表格进行设置

    采样率 样点数
    8000 576
    16000 1152
    22050 2304
    24000 2304
    32000 2304
    44100 4608
    48000 4608
    88200 8192
    96000 8192

说明

aac编码的每帧样点数建议使用20ms的PCM样点数，即采样率*0.02。flac编码的样点数建议根据采样率按照表格传入，大于这个值也会返回错误码，如果小于有可能出现编码文件损坏问题。

 // 每帧样点数
 constexpr int32_t SAMPLES_PER_FRAME = DEFAULT_SAMPLERATE * TIME_PER_FRAME;
 // 声道数，对于amr编码声道数只支持单声道的音频输入
 constexpr int32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
 // 每帧输入数据的长度，声道数 * 每帧样点数 * 每个样点的字节数（以采样格式SAMPLE_S16LE为例）
 constexpr int32_t INPUT_FRAME_BYTES = DEFAULT_CHANNEL_COUNT * SAMPLES_PER_FRAME * sizeof(short);
 uint32_t index = signal_->inQueue_.front();
 auto buffer = signal_->inBufferQueue_.front();
 OH_AVCodecBufferAttr attr = {0};
 if (!inputFile_->eof()) {
     inputFile_->read((char *)OH_AVBuffer_GetAddr(buffer), INPUT_FRAME_BYTES);
     attr.size = INPUT_FRAME_BYTES;
     attr.flags = AVCODEC_BUFFER_FLAGS_NONE;
 } else {
     attr.size = 0;
     attr.flags = AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS;
 }
 OH_AVBuffer_SetBufferAttr(buffer, &attr);
 // 送入编码输入队列进行编码, index为对应队列下标
 ret = OH_AudioCodec_PushInputBuffer(audioEnc_, index);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理
 }

  1. 调用OH_AudioCodec_FreeOutputBuffer()，输出编码格式码流

    uint32_t index = signal_->outQueue_.front();
    OH_AVBuffer *avBuffer = signal_->outBufferQueue_.front();
    // 获取buffer attributes
    OH_AVCodecBufferAttr attr = {0};
    ret = OH_AVBuffer_GetBufferAttr(avBuffer, &attr);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }
    // 将编码完成数据data写入到对应输出文件中
    outputFile_->write(reinterpret_cast<char *>(OH_AVBuffer_GetAddr(avBuffer)), attr.size);
    // 释放已完成写入的数据
    ret = OH_AudioCodec_FreeOutputBuffer(audioEnc_, index);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }
    if (attr.flags == AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS) {
    // 结束
    }

  2. （可选）调用OH_AudioCodec_Flush()刷新编码器。

    调用OH_AudioCodec_Flush()后，编码器处于Flush状态，会将当前编码队列清空。

    此时需要调用OH_AudioCodec_Start()重新开始编码。

    使用情况：

  • 在文件EOS之后，需要调用刷新

  • 在执行过程中遇到可继续执行的错误时（即OH_AudioCodec_IsValid 为true）可以调用，然后重新调用OH_AudioCodec_Start

    // 刷新编码器 audioEnc_
    ret = OH_AudioCodec_Flush(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }
    // 重新开始编码
    ret = OH_AudioCodec_Start(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  1. （可选）调用OH_AudioCodec_Reset()重置编码器。

    调用OH_AudioCodec_Reset()后，编码器回到初始化的状态，需要调用OH_AudioCodec_Configure()重新配置，然后调用OH_AudioCodec_Start()重新开始编码。

    // 重置编码器 audioEnc_
    ret = OH_AudioCodec_Reset(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }
    // 重新配置编码器参数
    ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  2. 调用OH_AudioCodec_Stop()停止编码器。

    // 终止编码器 audioEnc_
    ret = OH_AudioCodec_Stop(audioEnc_);
    if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
    }

  3. 调用OH_AudioCodec_Destroy()销毁编码器实例，释放资源。

说明

资源不能重复销毁

// 调用OH_AudioCodec_Destroy, 注销编码器
ret = OH_AudioCodec_Destroy(audioEnc_);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理
} else {
    audioEnc_ = NULL; // 不可重复destroy
}

最后呢

很多开发朋友不知道需要学习那些鸿蒙技术？鸿蒙开发岗位需要掌握那些核心技术点？为此鸿蒙的开发学习必须要系统性的进行。

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  • 《鸿蒙 (OpenHarmony)开发基础到实战手册》
  • OpenHarmony北向、南向开发环境搭建
  • 《鸿蒙开发基础》
  • 《鸿蒙开发进阶》
  • 《鸿蒙开发实战》

总结

鸿蒙---作为国家主力推送的国产操作系统。部分的高校已经取消了安卓课程，从而开设鸿蒙课程；企业纷纷跟进启动了鸿蒙研发。

并且鸿蒙是完全具备无与伦比的机遇和潜力的；预计到年底将有 5,000 款的应用完成原生鸿蒙开发，未来将会支持 50 万款的应用。那么这么多的应用需要开发，也就意味着需要有更多的鸿蒙人才。鸿蒙开发工程师也将会迎来爆发式的增长，学习鸿蒙势在必行！ 自↓↓↓拿

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