iOS 音頻開發

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音頻基礎知識

組成

音頻文件的組成：文件格式(或者音頻容器) + 數據格式(或者音頻編碼)。

文件格式(或音頻容器)是用于形容文件本身的格式。

我們可以通過多種不同的方法為真正的音頻數據編碼。例如CAF文件便是一種文件格式，它能夠包含MP3格式，線性PCM以及其它數據格式的音頻。

數據格式(或音頻編碼)

我們將從音頻編碼開始闡述(而不是文件格式)，因為編碼是最重要的環節。

線性PCM：

這是表示線性脈沖編碼調制，主要是描寫用于將模擬聲音數據轉換成數字格式的技術。簡單地說也就是未壓縮的數據。因為數據是未壓縮的，所以我們便可以最快速地播放出音頻，而如果空間不是問題的話這便是iPhone音頻的優先代碼選擇。

音頻文件計算大小

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聲卡對聲音的處理質量可以用三個基本參數來衡量，即采樣頻率、采樣位數和聲道數。

采樣頻率:

是指單位時間內的采樣次數。采樣頻率越大，采樣點之間的間隔就越小，數字化后得到的聲音就越逼真，但相應的數據量就越大。聲卡一般提供11.025kHz、22.05kHz和44.1kHz等不同的采樣頻率。

采樣位數：

是記錄每次采樣值數值大小的位數。采樣位數通常有8bits或16bits兩種，采樣位數越大，所能記錄聲音的變化度就越細膩，相應的數據量就越大。

聲道數

是指處理的聲音是單聲道還是立體聲。單聲道在聲音處理過程中只有單數據流，而立體聲則需要左、右聲道的兩個數據流。顯然，立體聲的效果要好，但相應的數據量要比單聲道的數據量加倍。

聲音數據量的計算公式為：

數據量（字節/秒）= (采樣頻率（Hz）× 采樣位數（bit） × 聲道數)/ 8

單聲道的聲道數為1，立體聲的聲道數為2。

【例1】請計算對于5分鐘雙聲道、16位采樣位數、44.1kHz采樣頻率聲音的不壓縮數據量是多少？
根據公式：數據量=（采樣頻率×采樣位數×聲道數×時間）/8
得，數據量(MB)=[44.1×1000×16×2×（5×60）] /（8×1024×1024）=50.47MB
計算時要注意幾個單位的換算細節：
時間單位換算：1分=60秒
采樣頻率單位換算：1kHz=1000Hz
數據量單位換算：1MB=1024×1024=1048576B

【例2】請計算對于雙聲道立體聲、采樣頻率為44.1kHz、采樣位數為16位的激光唱盤（CD-A），用一個650MB的CD-ROM可存放多長時間的音樂？
已知音頻文件大小的計算公式如下：
文件的字節數/每秒=采樣頻率（Hz）X采樣位數（位）X聲道數/8
根據上面的公式計算一秒鐘時間內的不壓縮數據量：(44.1×1000×16×2)/8=0.168MB/s
那么，一個650MB的CD-ROM可存放的時間為：（650/0.168）/（60×60）=1.07小時。

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iOS 音頻轉碼

音頻轉碼使用的框架為：AudioToolBox

內存轉碼：

使用函數： 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) { //一個buffer 轉碼成功 } else { [self failureOccurred]; return; } if (encodingStatus == OS_STATUS_DONE) { break; } } // End encoding } } else { [self failureOccurred]; return; } if (decodingStatus == OS_STATUS_DONE) { break; } } }

文件轉碼：

使用函數 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"); } }