IOS 音频开发

音频基础知识
音频文件计算大小
音频转码

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https://developer.apple.com/library/ios/documentation/MusicAudio/Conceptual/CoreAudioOverview/SupportedAudioFormatsMacOSX/SupportedAudioFormatsMacOSX.html

音频基础知识

组成

音频文件的组成：文件格式(或者音频容器) + 数据格式(或者音频编码)。

文件格式(或音频容器)是用于形容文件本身的格式。

我们可以通过多种不同的方法为真正的音频数据编码。例如CAF文件便是一种文件格式，它能够包含MP3格式，线性PCM以及其它数据格式的音频。

数据格式(或音频编码)

我们将从音频编码开始阐述(而不是文件格式)，因为编码是最重要的环节。

线性PCM：

这是表示线性脉冲编码调制，主要是描写用于将模拟声音数据转换成数字格式的技术。简单地说也就是未压缩的数据。因为数据是未压缩的，所以我们便可以最快速地播放出音频，而如果空间不是问题的话这便是iPhone音频的优先代码选择。

音频文件计算大小

声卡对声音的处理质量可以用三个基本参数来衡量，即采样频率、采样位数和声道数。

采样频率:

是指单位时间内的采样次数。采样频率越大，采样点之间的间隔就越小，数字化后得到的声音就越逼真，但相应的数据量就越大。声卡一般提供11.025kHz、22.05kHz和44.1kHz等不同的采样频率。

采样位数：

是记录每次采样值数值大小的位数。采样位数通常有8bits或16bits两种，采样位数越大，所能记录声音的变化度就越细腻，相应的数据量就越大。

声道数

是指处理的声音是单声道还是立体声。单声道在声音处理过程中只有单数据流，而立体声则需要左、右声道的两个数据流。显然，立体声的效果要好，但相应的数据量要比单声道的数据量加倍。

声音数据量的计算公式为：

数据量（字节/秒）= (采样频率（Hz）× 采样位数（bit） × 声道数)/ 8

单声道的声道数为1，立体声的声道数为2。

【例1】请计算对于5分钟双声道、16位采样位数、44.1kHz采样频率声音的不压缩数据量是多少？

根据公式：数据量=（采样频率×采样位数×声道数×时间）/8

得，数据量(MB)=[44.1×1000×16×2×（5×60）] /（8×1024×1024）=50.47MB

计算时要注意几个单位的换算细节：

时间单位换算：1分=60秒

采样频率单位换算：1kHz=1000Hz

数据量单位换算：1MB=1024×1024=1048576B

【例2】请计算对于双声道立体声、采样频率为44.1kHz、采样位数为16位的激光唱盘（CD-A），用一个650MB的CD-ROM可存放多长时间的音乐？

已知音频文件大小的计算公式如下：

文件的字节数/每秒=采样频率（Hz）X采样位数（位）X声道数/8

根据上面的公式计算一秒钟时间内的不压缩数据量：(44.1×1000×16×2)/8=0.168MB/s

那么，一个650MB的CD-ROM可存放的时间为：（650/0.168）/（60×60）=1.07小时。

IOS 音频转码

音频转码使用的框架为：AudioToolBox

内存转码：

使用函数： AudioConverterFillComplexBuffer

- (void)handleAudioPackets:(const void *)inputData
numberOfBytes:(UInt32)numberOfBytes
numberOfPackets:(UInt32)numberOfPackets
packetDescriptions:(AudioStreamPacketDescription *)packetDescriptions
{
if (!_audioFileStream || !_parseAudioHeader || !_decodeConverterRef) return;

AudioConvertInfo convertInfo = (AudioConvertInfo){
.done = NO,
.numberOfPackets = numberOfPackets,
.packetDescriptions = packetDescriptions,
.audioBuffer = (AudioBuffer){
.mData = (void *)inputData,
.mDataByteSize = numberOfBytes,
.mNumberChannels = _sourceAsbd.mChannelsPerFrame
}
};

AudioBufferList decodedData;
decodedData.mNumberBuffers = 1;
decodedData.mBuffers[0].mNumberChannels = _canonicalAsbd.mChannelsPerFrame;
decodedData.mBuffers[0].mDataByteSize = _decodeBufferSize;
decodedData.mBuffers[0].mData = _decodeBuffer;

UInt32 ioOutputDataPackets1, ioOutputDataPackets2;
OSStatus decodingStatus, encodingStatus;

while (1)
{
ioOutputDataPackets1 = numberOfPackets;

decodingStatus = AudioConverterFillComplexBuffer(_decodeConverterRef, AudioConverterCallback, (void*)&convertInfo, &ioOutputDataPackets1, &decodedData, NULL);

if (decodingStatus == OS_STATUS_DONE || decodingStatus == 0)
{
if (ioOutputDataPackets1 > 0)
{
// Start encoding

AudioConvertInfo encodeConvertInfo = (AudioConvertInfo){
.done = NO,
.numberOfPackets = ioOutputDataPackets1,
.packetDescriptions = NULL,
.audioBuffer = (AudioBuffer){
.mData = decodedData.mBuffers[0].mData,
.mDataByteSize = decodedData.mBuffers[0].mDataByteSize,
.mNumberChannels = _canonicalAsbd.mChannelsPerFrame
}
};

AudioBufferList encodedData;
encodedData.mNumberBuffers = 1;
encodedData.mBuffers[0].mNumberChannels = _destinationAsbd.mChannelsPerFrame;
encodedData.mBuffers[0].mDataByteSize = _encodeBufferSize;
encodedData.mBuffers[0].mData = _encodeBuffer;

while (1)
{
ioOutputDataPackets2 = _encodePacketsPerBuffer;

encodingStatus = AudioConverterFillComplexBuffer(_encodeConverterRef, AudioConverterCallback, (void*)&encodeConvertInfo, &ioOutputDataPackets2, &encodedData, _encodePacketDescriptions);

if (encodingStatus == OS_STATUS_DONE || encodingStatus == 0)
{
//一个buffer 转码成功
}
else
{
[self failureOccurred];
return;
}

if (encodingStatus == OS_STATUS_DONE)
{
break;
}
}
// End encoding
}
}
else
{
[self failureOccurred];
return;
}

if (decodingStatus == OS_STATUS_DONE)
{
break;
}
}
}

文件转码：

使用函数 ExtAudioFileRead

void startConvert(ExtAudioConverterSettings* settings){
//Determine the proper buffer size and calculate number of packets per buffer
//for CBR and VBR format
UInt32 sizePerBuffer = 32*1024;//32KB is a good starting point
UInt32 framesPerBuffer = sizePerBuffer/sizeof(SInt16);

// allocate destination buffer
SInt16 *outputBuffer = (SInt16 *)malloc(sizeof(SInt16) * sizePerBuffer);

while (1) {
AudioBufferList outputBufferList;
outputBufferList.mNumberBuffers              = 1;
outputBufferList.mBuffers[0].mNumberChannels = settings->outputFormat.mChannelsPerFrame;
outputBufferList.mBuffers[0].mDataByteSize   = sizePerBuffer;
outputBufferList.mBuffers[0].mData           = outputBuffer;

UInt32 framesCount = framesPerBuffer;

CheckError(ExtAudioFileRead(settings->inputFile,
&framesCount,
&outputBufferList),
"ExtAudioFileRead failed");

if (framesCount==0) {
printf("Done reading from input file\n");
return;
}

CheckError(ExtAudioFileWrite(settings->outputFile,
framesCount,
&outputBufferList),
"ExtAudioFileWrite failed");
}
}

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