利用ffmpeg库实现音频AAC编解码

AAC‌（Advanced Audio Coding）是一种音频编码技术，出现于1997年，基于MPEG-2的音频编码技术。AAC具有高效的数据压缩能力和较高的音质，适用于各种音频应用场景。例如，在智能设备中，AAC技术被广泛应用于提升用户体验，提供高质量的音频体验。

一、FFmpeg 支持的 AAC 编码器对比

编码器	特性	适用场景
‌aac‌	FFmpeg 原生实现，2015年后稳定支持‌，支持 LC-AAC 规格，兼容性高但音质略逊于第三方编码器‌	基础音频编码、兼容性优先场景
‌libfdk_aac‌	第三方编码器（需启用 `--enable-nonfree` 编译‌3），支持 HE-AAC v1/v2，音质最优‌	高音质需求（如音乐流媒体）
‌libaac‌	第三方编码器，非 GPL 协议‌，性能与兼容性介于原生与 libfdk_aac 之间	商业项目（需规避 GPL 限制）

二、关键参数与封装格式

‌AAC 封装格式‌
- ‌**ADTS (Audio Data Transport Stream)**‌：适用于流媒体传输（如直播），每帧含独立头部信息，支持随机解码‌。
- ‌**ADIF (Audio Data Interchange Format)**‌：需完整文件头，适合本地存储（如 .m4a 文件）‌。
‌核心参数设置‌
- ‌比特率控制 ‌：
  - 恒定比特率（CBR）：-b:a 128k（立体声推荐值）‌。
  - 动态比特率（VBR）：-vbr 4（libfdk_aac 支持，数值范围 1-5，越高音质越好）‌。
- ‌采样率与格式 ‌：
  - FFmpeg 新版本默认支持 32 位浮点型（AV_SAMPLE_FMT_FLTP），需确保输入 PCM 格式匹配‌。
- ‌HE-AAC 模式 ‌：
  - 启用 HE-AAC v1：-profile:a aac_he；HE-AAC v2：-profile:a aac_he_v2（需 libfdk_aac）‌。

三、命令行示例

‌基础转码（原生 AAC 编码器）

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ffmpeg -i input.wav -c:a aac -b:a 128k output.m4a  # 输出为 M4A 格式‌

高音质转码（libfdk_aac）

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ffmpeg -i input.mp4 -c:v copy -c:a libfdk_aac -profile:a aac_he -b:a 64k output.mp4  # HE-AAC v1 低码率高音质‌

流媒体场景（ADTS 封装）

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ffmpeg -i input.pcm -c:a aac -f adts output.aac  # 生成 ADTS 格式音频流‌

四、代码编解码示例

4.1、 ‌AAC编码示例（PCM → AAC）

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#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavutil/opt.h>

int encode_pcm_to_aac(const char* input_pcm, const char* output_aac) {
    const AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_AAC); // 查找编码器‌:ml-citation{ref="2" data="citationList"}
    AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
    
    // 参数配置（48kHz双通道，s16格式）
    codec_ctx->bit_rate = 128000;
    codec_ctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16; // 输入格式需为s16le‌:ml-citation{ref="6" data="citationList"}
    codec_ctx->sample_rate = 48000;
    codec_ctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
    codec_ctx->channels = 2;

    // 设置编码器属性（兼容Android等平台）
    av_opt_set(codec_ctx->priv_data, "profile", "aac_low", 0); // LC规格‌:ml-citation{ref="6" data="citationList"}

    if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0) { // 打开编码器‌:ml-citation{ref="5" data="citationList"}
        fprintf(stderr, "编码器初始化失败\n");
        return -1;
    }

    AVFrame *frame = av_frame_alloc();
    frame->nb_samples = codec_ctx->frame_size; // 典型值1024‌:ml-citation{ref="6" data="citationList"}
    frame->format = codec_ctx->sample_fmt;
    frame->channel_layout = codec_ctx->channel_layout;
    av_frame_get_buffer(frame, 0);

    AVPacket *pkt = av_packet_alloc();
    FILE *aac_out = fopen(output_aac, "wb");

    // 编码循环（逐帧处理PCM）
    while (fread(frame->data, 1, frame->nb_samples * 4, pcm_in) > 0) { // s16双通道每帧4字节/样本‌:ml-citation{ref="1" data="citationList"}
        avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);
        while (avcodec_receive_packet(codec_ctx, pkt) >= 0) {
            fwrite(pkt->data, 1, pkt->size, aac_out); // 写入AAC裸流‌:ml-citation{ref="5" data="citationList"}
            av_packet_unref(pkt);
        }
    }
    // 资源清理...
}

4.2、 ‌AAC解码示例（AAC → PCM）

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#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>

int decode_aac_to_pcm(const char* input_aac, const char* output_pcm) {
    const AVCodec *codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_AAC); // 查找解码器‌:ml-citation{ref="8" data="citationList"}
    AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
    
    if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0) { // 初始化解码器‌:ml-citation{ref="4" data="citationList"}
        fprintf(stderr, "解码器打开失败\n");
        return -1;
    }

    AVPacket packet;
    AVFrame *frame = av_frame_alloc();
    FILE *pcm_out = fopen(output_pcm, "wb");

    // 解码循环（处理AAC裸流）
    while (read_aac_data(&packet)) { // 需自行实现数据读取‌:ml-citation{ref="7" data="citationList"}
        avcodec_send_packet(codec_ctx, &packet);
        while (avcodec_receive_frame(codec_ctx, frame) >= 0) {
            fwrite(frame->data, 1, frame->nb_samples * 4, pcm_out); // 输出s16le格式‌:ml-citation{ref="4" data="citationList"}
        }
        av_packet_unref(&packet);
    }
    // 资源清理...
}

4.3、关键参数配置

‌参数/函数‌	‌作用‌	‌示例值/说明‌
`av_opt_set`	设置编码器私有参数（如规格、码率模式）	`av_opt_set(ctx, "profile", "aac_he")`（HE-AAC）‌
`frame->nb_samples`	每帧采样数	1024（对应48kHz时21.3ms帧长）‌
`codec_ctx->bit_rate`	目标码率	64000、128000、192000‌
`avcodec_send_frame`	向编码器提交原始数据	需保证帧大小与`nb_samples`一致‌

4.4、开发注意事项

输入格式要求‌
- PCM需为‌s16le格式‌，采样率支持8k/16k/44.1k/48k等标准值‌
- 若输入格式不匹配（如f32le），需通过libswresample重采样‌
编译依赖
使用 libfdk_aac 需通过 --enable-libfdk-aac 和 --enable-nonfree 参数编译 FFmpeg‌
延迟优化
实时流场景可添加 -tune zerolatency 参数减少编码延迟‌。
‌多平台兼容性‌
- Android NDK需使用libfdk_aac替代默认编码器（需编译时启用--enable-libfdk-aac）‌
- iOS/macOS需处理音频会话中断（如来电时的解码器重置）‌
‌性能优化‌
- 启用多线程编码：codec_ctx->thread_count = 4‌
- 实时流场景建议使用AV_CODEC_CAP_DELAY检测编码延迟‌

4.5、编译与调试

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# 编译命令（需链接FFmpeg库）
gcc aac_demo.c -o aac_demo -lavcodec -lavutil -lswresample

# 验证编码结果（播放PCM）
ffplay -f s16le -ar 48000 -ac 2 output.pcm‌

# 检查AAC文件信息
ffprobe output.aac‌