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iOS AVDemo：音频编码，采集 PCM 数据编码为 AAC

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      iOS资料/iOS AVDemo：音频编码，采集 PCM 数据编码为 AAC.md

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iOS资料/iOS AVDemo：音频编码，采集 PCM 数据编码为 AAC.md
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@ -0,0 +1,675 @@
# iOS AVDemo：音频编码，采集 PCM 数据编码为 AAC
iOS/Android 客户端开发同学如果想要开始学习音视频开发，最丝滑的方式是对[音视频基础概念知识](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&action=getalbum&album_id=2140155659944787969#wechat_redirect)有一定了解后，再借助 本地平台的音视频能力上手去实践音视频的`采集 → 编码 → 封装 → 解封装 → 解码 → 渲染`过程，并借助[音视频工具](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&action=getalbum&album_id=2216997905264082945#wechat_redirect)来分析和理解对应的音视频数据。
在[音视频工程示例](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&action=getalbum&album_id=2273301900659851268#wechat_redirect)这个栏目，我们将通过拆解`采集 → 编码 → 封装 → 解封装 → 解码 → 渲染`流程并实现 Demo 来向大家介绍如何在 iOS/Android 平台上手音视频开发。
这里是第二篇：**iOS 音频编码 Demo**。这个 Demo 里包含以下内容：
- 1）实现一个音频采集模块；
- 2）实现一个音频编码模块；
- 3）串联音频采集和编码模块，将采集到的音频数据输入给 AAC 编码模块进行编码和存储；
- 4）详尽的代码注释，帮你理解代码逻辑和原理。
想要了解 AAC 编码，可以看看[《音频编码：PCM 和 AAC 编码》](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484452&idx=1&sn=3b5fdd120be300b62a5334c073a9fcbf&scene=21#wechat_redirect)。
## 1、音频采集模块
在这个 Demo 中，音频采集模块 `KFAudioCapture` 的实现与 [《iOS 音频采集 Demo》](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484867&idx=1&sn=d857104930a86de8ab0bdf2358ca6283&scene=21#wechat_redirect) 中一样，这里就不再重复介绍了，其接口如下：
```
KFAudioCapture.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <CoreMedia/CoreMedia.h>
#import "KFAudioConfig.h"
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface KFAudioCapture : NSObject
+ (instancetype)new NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)init NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)initWithConfig:(KFAudioConfig *)config;
@property (nonatomic, strong, readonly) KFAudioConfig *config;
@property (nonatomic, copy) void (^sampleBufferOutputCallBack)(CMSampleBufferRef sample); // 音频采集数据回调。
@property (nonatomic, copy) void (^errorCallBack)(NSError *error); // 音频采集错误回调。
- (void)startRunning; // 开始采集音频数据。
- (void)stopRunning; // 停止采集音频数据。
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
```
## 2、音频编码模块
接下来，我们来实现一个音频编码模块 `KFAudioEncoder`，在这里输入采集后的数据，输出编码后的数据。
```
KFAudioEncoder.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <CoreMedia/CoreMedia.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface KFAudioEncoder : NSObject
+ (instancetype)new NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)init NS_UNAVAILABLE;
- (instancetype)initWithAudioBitrate:(NSInteger)audioBitrate;
@property (nonatomic, assign, readonly) NSInteger audioBitrate; // 音频编码码率。
@property (nonatomic, copy) void (^sampleBufferOutputCallBack)(CMSampleBufferRef sample); // 音频编码数据回调。
@property (nonatomic, copy) void (^errorCallBack)(NSError *error); // 音频编码错误回调。
- (void)encodeSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)buffer; // 编码。
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
```
上面是 `KFAudioEncoder` 接口的设计，除了`初始化方法`，主要是有`获取音频编码码率`以及音频编码`数据回调`和`错误回调`的接口，另外就是`编码`的接口。
其中`编码`接口对应着音频编码模块输入，`数据回调`接口则对应着输出。可以看到这里输入输出的参数都是 **CMSampleBufferRef**[1] 这个数据结构。它是对 `CMSampleBuffer` 的一个引用。
`CMSampleBuffer` 是 iOS 系统用来在音视频处理的 pipeline 中使用和传递媒体采样数据的核心数据结构。你可以认为它是 iOS 音视频处理 pipeline 中的流通货币，摄像头采集的视频数据接口、麦克风采集的音频数据接口、编码和解码数据接口、读取和存储视频接口、视频渲染接口等等，都以它作为参数。我们在 [《iOS 音频采集 Demo》](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484867&idx=1&sn=d857104930a86de8ab0bdf2358ca6283&scene=21#wechat_redirect) 一文中介绍音频采集接口的时候详细介绍过 `CMSampleBuffer`，可以去看看回顾一下。
所以，在这里我们也以 `CMSampleBufferRef` 作为编码模块输入和输出的接口参数。
```
KFAudioEncoder.m
#import "KFAudioEncoder.h"
#import <AudioToolbox/AudioToolbox.h>
@interface KFAudioEncoder () {
char *_leftBuffer; // 待编码缓冲区。
NSInteger _leftLength; // 待编码缓冲区的长度，动态。
char *_aacBuffer; // 编码缓冲区。
NSInteger _bufferLength; // 每次送给编码器的数据长度。
}
@property (nonatomic, assign) AudioConverterRef audioEncoderInstance; // 音频编码器实例。
@property (nonatomic, assign) CMFormatDescriptionRef aacFormat; // 音频编码参数。
@property (nonatomic, assign, readwrite) NSInteger audioBitrate; // 音频编码码率。
@property (nonatomic, assign) BOOL isError;
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t encoderQueue;
@end
@implementation KFAudioEncoder
#pragma mark - Lifecycle
- (instancetype)initWithAudioBitrate:(NSInteger)audioBitrate {
self = [super init];
if (self) {
_audioBitrate = audioBitrate;
_encoderQueue = dispatch_queue_create("com.KeyFrameKit.audioEncoder", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
}
return self;
}
- (void)dealloc {
// 清理编码器。
if (_audioEncoderInstance) {
AudioConverterDispose(_audioEncoderInstance);
_audioEncoderInstance = nil;
}
if (_aacFormat) {
CFRelease(_aacFormat);
_aacFormat = NULL;
}
// 清理缓冲区。
if (_aacBuffer) {
free(_aacBuffer);
_aacBuffer = NULL;
}
if (_leftBuffer) {
free(_leftBuffer);
_leftBuffer = NULL;
}
}
#pragma mark - Utility
- (void)setupAudioEncoderInstanceWithInputAudioFormat:(AudioStreamBasicDescription)inputFormat error:(NSError **)error {
// 1、设置音频编码器输出参数。其中一些参数与输入的音频数据参数一致。
AudioStreamBasicDescription outputFormat = {0};
outputFormat.mSampleRate = inputFormat.mSampleRate; // 输出采样率与输入一致。
outputFormat.mFormatID = kAudioFormatMPEG4AAC; // AAC 编码格式。常用的 AAC 编码格式：kAudioFormatMPEG4AAC、kAudioFormatMPEG4AAC_HE_V2。
outputFormat.mChannelsPerFrame = (UInt32) inputFormat.mChannelsPerFrame; // 输出声道数与输入一致。
outputFormat.mFramesPerPacket = 1024; // 每个包的帧数。AAC 固定是 1024，这个是由 AAC 编码规范规定的。对于未压缩数据设置为 1。
outputFormat.mBytesPerPacket = 0; // 每个包的大小。动态大小设置为 0。
outputFormat.mBytesPerFrame = 0; // 每帧的大小。压缩格式设置为 0。
outputFormat.mBitsPerChannel = 0; // 压缩格式设置为 0。
// 2、基于音频输入和输出参数创建音频编码器。
OSStatus result = AudioConverterNew(&inputFormat, &outputFormat, &_audioEncoderInstance);
if (result != noErr) {
*error = [NSError errorWithDomain:NSStringFromClass(self.class) code:result userInfo:nil];
return;
}
// 3、设置编码器参数：音频编码码率。
UInt32 outputBitrate = (UInt32) self.audioBitrate;
result = AudioConverterSetProperty(_audioEncoderInstance, kAudioConverterEncodeBitRate, sizeof(outputBitrate), &outputBitrate);
if (result != noErr) {
*error = [NSError errorWithDomain:NSStringFromClass(self.class) code:result userInfo:nil];
return;
}
// 4、创建编码格式信息。
result = CMAudioFormatDescriptionCreate(kCFAllocatorDefault, &outputFormat, 0, NULL, 0, NULL, nil, &_aacFormat);
if (result != noErr) {
*error = [NSError errorWithDomain:NSStringFromClass(self.class) code:result userInfo:nil];
return;
}
// 5、设置每次送给编码器的数据长度。
// 这里设置每次送给编码器的数据长度为：1024 * 2(16 bit 采样深度) * 声道数量，这个长度为什么要这么计算呢？
// 因为我们每次调用 AudioConverterFillComplexBuffer 编码时，是送进去一个包（packet），而对于 AAC 来讲，mFramesPerPacket 需要是 1024，即 1 个 packet 有 1024 帧，而每个音频帧的大小是：2(16 bit 采样深度) * 声道数量。
_bufferLength = 1024 * 2 * inputFormat.mChannelsPerFrame;
// 6、初始化待编码缓冲区和编码缓冲区。
if (!_leftBuffer) {
// 待编码缓冲区长度达到 _bufferLength，就会送一波给编码器，所以大小 _bufferLength 够用了。
_leftBuffer = malloc(_bufferLength);
}
if (!_aacBuffer) {
// AAC 编码缓冲区只要装得下 _bufferLength 长度的 PCM 数据编码后的数据就好了，编码是压缩，所以大小 _bufferLength 也够用了。
_aacBuffer = malloc(_bufferLength);
}
}
- (void)encodeSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)buffer {
if (!buffer || !CMSampleBufferGetDataBuffer(buffer) || self.isError) {
return;
}
// 异步处理，防止主线程卡顿。
__weak typeof(self) weakSelf = self;
CFRetain(buffer);
dispatch_async(_encoderQueue, ^{
[weakSelf encodeSampleBufferInternal:buffer];
CFRelease(buffer);
});
}
- (void)encodeSampleBufferInternal:(CMSampleBufferRef)buffer {
// 1、从输入数据中获取音频格式信息。
CMAudioFormatDescriptionRef audioFormatRef = CMSampleBufferGetFormatDescription(buffer);
if (!audioFormatRef) {
return;
}
// 获取音频参数信息，AudioStreamBasicDescription 包含了音频的数据格式、声道数、采样位深、采样率等参数。
AudioStreamBasicDescription audioFormat = *CMAudioFormatDescriptionGetStreamBasicDescription(audioFormatRef);
// 2、根据音频参数创建编码器实例。
NSError *error = nil;
// 第一次编码时创建编码器。
if (!_audioEncoderInstance) {
[self setupAudioEncoderInstanceWithInputAudioFormat:audioFormat error:&error];
if (error) {
[self callBackError:error];
return;
}
if (!_audioEncoderInstance) {
return;
}
}
// 3、获取输入数据中的 PCM 数据。
CMBlockBufferRef blockBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(buffer);
size_t audioLength;
char *dataPointer = NULL;
CMBlockBufferGetDataPointer(blockBuffer, 0, NULL, &audioLength, &dataPointer);
if (audioLength == 0 || !dataPointer) {
return;
}
// 4、处理音频时间戳信息。
CMSampleTimingInfo timingInfo = {CMTimeMake(CMSampleBufferGetNumSamples(buffer), audioFormat.mSampleRate), CMSampleBufferGetPresentationTimeStamp(buffer), kCMTimeInvalid};
// 5、基于编码缓冲区对 PCM 数据进行编码。
if (_leftLength + audioLength >= _bufferLength) {
// 当待编码缓冲区遗留数据加上新来的数据长度(_leftLength + audioLength)大于每次给编码器的数据长度(_bufferLength)时，则进行循环编码，每次送给编码器长度为 _bufferLength 的数据量。
// 拷贝待编码的数据到缓冲区 totalBuffer。
NSInteger totalSize = _leftLength + audioLength; // 当前总数据长度。
NSInteger encodeCount = totalSize / _bufferLength; // 计算给编码器送数据的次数。
char *totalBuffer = malloc(totalSize);
char *p = totalBuffer;
memset(totalBuffer, 0, (int) totalSize);
memcpy(totalBuffer, _leftBuffer, _leftLength); // 拷贝上次遗留的数据。
memcpy(totalBuffer + _leftLength, dataPointer, audioLength); // 拷贝这次新来的数据。
// 分 encodeCount 次给编码器送数据。
for (NSInteger index = 0; index < encodeCount; index++) {
[self encodeBuffer:p timing:timingInfo]; // 调用编码方法。
p += _bufferLength;
}
// 处理不够 _bufferLength 长度的剩余数据，先存在 _leftBuffer 中，等下次凑足一次编码需要的数据再编码。
_leftLength = totalSize % _bufferLength;
memset(_leftBuffer, 0, _bufferLength);
memcpy(_leftBuffer, totalBuffer + (totalSize - _leftLength), _leftLength);
// 清理。
free(totalBuffer);
} else {
// 否则，就先存到待编码缓冲区，等下一次数据够了再送给编码器。
memcpy(_leftBuffer + _leftLength, dataPointer, audioLength);
_leftLength = _leftLength + audioLength;
}
}
- (void)encodeBuffer:(char *)buffer timing:(CMSampleTimingInfo)timing {
// 1、创建编码器接口对应的待编码缓冲区 AudioBufferList，填充待编码的数据。
AudioBuffer inBuffer;
AudioStreamBasicDescription audioFormat = *CMAudioFormatDescriptionGetStreamBasicDescription(_aacFormat);
inBuffer.mNumberChannels = (UInt32) audioFormat.mChannelsPerFrame;
inBuffer.mData = buffer; // 填充待编码数据。
inBuffer.mDataByteSize = (UInt32) _bufferLength; // 设置待编码数据长度。
AudioBufferList inBufferList;
inBufferList.mNumberBuffers = 1;
inBufferList.mBuffers[0] = inBuffer;
// 2、创建编码输出缓冲区 AudioBufferList 接收编码后的数据。
AudioBufferList outBufferList;
outBufferList.mNumberBuffers = 1;
outBufferList.mBuffers[0].mNumberChannels = inBuffer.mNumberChannels;
outBufferList.mBuffers[0].mDataByteSize = inBuffer.mDataByteSize; // 设置编码缓冲区大小。
outBufferList.mBuffers[0].mData = _aacBuffer; // 绑定缓冲区空间。
// 3、编码。
UInt32 outputDataPacketSize = 1; // 每次编码 1 个包。1 个包有 1024 个帧，这个对应创建编码器实例时设置的 mFramesPerPacket。
// 需要在回调方法 inputDataProcess 中将待编码的数据拷贝到编码器的缓冲区的对应位置。这里把我们自己创建的待编码缓冲区 AudioBufferList 作为 inInputDataProcUserData 传入，在回调方法中直接拷贝它。
OSStatus status = AudioConverterFillComplexBuffer(_audioEncoderInstance, inputDataProcess, &inBufferList, &outputDataPacketSize, &outBufferList, NULL);
if (status != noErr) {
[self callBackError:[NSError errorWithDomain:NSStringFromClass(self.class) code:status userInfo:nil]];
return;
}
// 4、获取编码后的 AAC 数据并进行封装。
size_t aacEncoderSize = outBufferList.mBuffers[0].mDataByteSize;
char *blockBufferDataPoter = malloc(aacEncoderSize);
memcpy(blockBufferDataPoter, _aacBuffer, aacEncoderSize);
// 编码数据封装到 CMBlockBuffer 中。
CMBlockBufferRef blockBuffer = NULL;
status = CMBlockBufferCreateWithMemoryBlock(kCFAllocatorDefault,
blockBufferDataPoter,
aacEncoderSize,
NULL,
NULL,
0,
aacEncoderSize,
0,
&blockBuffer);
if (status != kCMBlockBufferNoErr) {
return;
}
// 编码数据 CMBlockBuffer 再封装到 CMSampleBuffer 中。
CMSampleBufferRef sampleBuffer = NULL;
const size_t sampleSizeArray[] = {aacEncoderSize};
status = CMSampleBufferCreateReady(kCFAllocatorDefault,
blockBuffer,
_aacFormat,
1,
1,
&timing,
1,
sampleSizeArray,
&sampleBuffer);
CFRelease(blockBuffer);
// 5、回调编码数据。
if (self.sampleBufferOutputCallBack) {
self.sampleBufferOutputCallBack(sampleBuffer);
}
if (sampleBuffer) {
CFRelease(sampleBuffer);
}
}
- (void)callBackError:(NSError*)error {
self.isError = YES;
if(error && self.errorCallBack){
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
self.errorCallBack(error);
});
}
}
#pragma mark - Encoder CallBack
static OSStatus inputDataProcess(AudioConverterRef inConverter,
UInt32 *ioNumberDataPackets,
AudioBufferList *ioData,
AudioStreamPacketDescription **outDataPacketDescription,
void *inUserData) {
// 将待编码的数据拷贝到编码器的缓冲区的对应位置进行编码。
AudioBufferList bufferList = *(AudioBufferList *) inUserData;
ioData->mBuffers[0].mNumberChannels = 1;
ioData->mBuffers[0].mData = bufferList.mBuffers[0].mData;
ioData->mBuffers[0].mDataByteSize = bufferList.mBuffers[0].mDataByteSize;
return noErr;
}
@end
```
上面是 `KFAudioEncoder` 的实现，从代码上可以看到主要有这几个部分：
- 1）创建音频编码实例。第一次调用 `-encodeSampleBuffer:` → `-encodeSampleBufferInternal:` 才会创建音频编码实例。
- - 在 `-setupAudioEncoderInstanceWithInputAudioFormat:` 方法中实现。
- 2）实现音频编码逻辑，并在将数据封装到 `CMSampleBufferRef` 结构中，抛给 KFAudioEncoder 的对外数据回调接口。
- - 在 `-encodeSampleBuffer:` → `-encodeSampleBufferInternal:` → `-encodeBuffer:timing:` 中实现编码流程，其中涉及到待编码缓冲区、编码缓冲区的管理，并最终在 `inputDataProcess(...)` 回调中将待编码的数据拷贝到编码器的缓冲区进行编码。
- 3）捕捉音频编码过程中的错误，抛给 KFAudioEncoder 的对外错误回调接口。
- - 在 `-encodeSampleBufferInternal:`、`-encodeBuffer:timing:` 等方法中捕捉错误，在 `-callBackError:` 方法向外回调。
- 4）清理音频编码器实例、待编码缓冲区、编码缓冲区。
- - 在 `-dealloc` 方法中实现。
更具体细节见上述代码及其注释。
## 3、采集音频数据进行 AAC 编码和存储
我们在一个 ViewController 中来实现音频采集及编码逻辑，并将编码后的数据加上 **ADTS**[2] 头信息存储为 AAC 数据。
关于 ADTS，在[《音频编码：PCM 和 AAC 编码》](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484452&idx=1&sn=3b5fdd120be300b62a5334c073a9fcbf&scene=21#wechat_redirect)中也有介绍，可以去看看了解一下。
```
#import "KFAudioEncoderViewController.h"
#import <AVFoundation/AVFoundation.h>
#import "KFAudioCapture.h"
#import "KFAudioEncoder.h"
#import "KFAudioTools.h"
@interface KFAudioEncoderViewController ()
@property (nonatomic, strong) KFAudioConfig *audioConfig;
@property (nonatomic, strong) KFAudioCapture *audioCapture;
@property (nonatomic, strong) KFAudioEncoder *audioEncoder;
@property (nonatomic, strong) NSFileHandle *fileHandle;
@end
@implementation KFAudioEncoderViewController
#pragma mark - Property
- (KFAudioConfig *)audioConfig {
if (!_audioConfig) {
_audioConfig = [KFAudioConfig defaultConfig];
}
return _audioConfig;
}
- (KFAudioCapture *)audioCapture {
if (!_audioCapture) {
__weak typeof(self) weakSelf = self;
_audioCapture = [[KFAudioCapture alloc] initWithConfig:self.audioConfig];
_audioCapture.errorCallBack = ^(NSError* error) {
NSLog(@"KFAudioCapture error:%zi %@", error.code, error.localizedDescription);
};
// 音频采集数据回调。在这里采集的 PCM 数据送给编码器。
_audioCapture.sampleBufferOutputCallBack = ^(CMSampleBufferRef sampleBuffer) {
[weakSelf.audioEncoder encodeSampleBuffer:sampleBuffer];
};
}
return _audioCapture;
}
- (KFAudioEncoder *)audioEncoder {
if (!_audioEncoder) {
__weak typeof(self) weakSelf = self;
_audioEncoder = [[KFAudioEncoder alloc] initWithAudioBitrate:96000];
_audioEncoder.errorCallBack = ^(NSError* error) {
NSLog(@"KFAudioEncoder error:%zi %@", error.code, error.localizedDescription);
};
// 音频编码数据回调。在这里将 AAC 数据写入文件。
_audioEncoder.sampleBufferOutputCallBack = ^(CMSampleBufferRef sampleBuffer) {
if (sampleBuffer) {
// 1、获取音频编码参数信息。
AudioStreamBasicDescription audioFormat = *CMAudioFormatDescriptionGetStreamBasicDescription(CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer));
// 2、获取音频编码数据。AAC 裸数据。
CMBlockBufferRef blockBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(sampleBuffer);
size_t totolLength;
char *dataPointer = NULL;
CMBlockBufferGetDataPointer(blockBuffer, 0, NULL, &totolLength, &dataPointer);
if (totolLength == 0 || !dataPointer) {
return;
}
// 3、在每个 AAC packet 前先写入 ADTS 头数据。
// 由于 AAC 数据存储文件时需要在每个包（packet）前添加 ADTS 头来用于解码器解码音频流，所以这里添加一下 ADTS 头。
[weakSelf.fileHandle writeData:[KFAudioTools adtsDataWithChannels:audioFormat.mChannelsPerFrame sampleRate:audioFormat.mSampleRate rawDataLength:totolLength]];
// 4、写入 AAC packet 数据。
[weakSelf.fileHandle writeData:[NSData dataWithBytes:dataPointer length:totolLength]];
}
};
}
return _audioEncoder;
}
- (NSFileHandle *)fileHandle {
if (!_fileHandle) {
NSString *audioPath = [[NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) lastObject] stringByAppendingPathComponent:@"test.aac"];
NSLog(@"AAC file path: %@", audioPath);
[[NSFileManager defaultManager] removeItemAtPath:audioPath error:nil];
[[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:audioPath contents:nil attributes:nil];
_fileHandle = [NSFileHandle fileHandleForWritingAtPath:audioPath];
}
return _fileHandle;
}
#pragma mark - Lifecycle
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self setupAudioSession];
[self setupUI];
// 完成音频编码后，可以将 App Document 文件夹下面的 test.aac 文件拷贝到电脑上，使用 ffplay 播放：
// ffplay -i test.aac
}
- (void)dealloc {
if (_fileHandle) {
[_fileHandle closeFile];
}
}
#pragma mark - Setup
- (void)setupUI {
self.edgesForExtendedLayout = UIRectEdgeAll;
self.extendedLayoutIncludesOpaqueBars = YES;
self.title = @"Audio Encoder";
self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
// Navigation item.
UIBarButtonItem *startBarButton = [[UIBarButtonItem alloc] initWithTitle:@"Start" style:UIBarButtonItemStylePlain target:self action:@selector(start)];
UIBarButtonItem *stopBarButton = [[UIBarButtonItem alloc] initWithTitle:@"Stop" style:UIBarButtonItemStylePlain target:self action:@selector(stop)];
self.navigationItem.rightBarButtonItems = @[startBarButton, stopBarButton];
}
- (void)setupAudioSession {
NSError *error = nil;
// 1、获取音频会话实例。
AVAudioSession *session = [AVAudioSession sharedInstance];
// 2、设置分类和选项。
[session setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayAndRecord withOptions:AVAudioSessionCategoryOptionMixWithOthers | AVAudioSessionCategoryOptionDefaultToSpeaker error:&error];
if (error) {
NSLog(@"AVAudioSession setCategory error.");
error = nil;
return;
}
// 3、设置模式。
[session setMode:AVAudioSessionModeVideoRecording error:&error];
if (error) {
NSLog(@"AVAudioSession setMode error.");
error = nil;
return;
}
// 4、激活会话。
[session setActive:YES error:&error];
if (error) {
NSLog(@"AVAudioSession setActive error.");
error = nil;
return;
}
}
#pragma mark - Action
- (void)start {
[self.audioCapture startRunning];
}
- (void)stop {
[self.audioCapture stopRunning];
}
@end
```
上面是 `KFAudioEncoderViewController` 的实现，其中主要包含这几个部分：
- 1）在采集音频前需要设置 **AVAudioSession**[3] 为正确的采集模式。
- - 在 `-setupAudioSession` 中实现。
- 2）通过启动和停止音频采集来驱动整个采集和编码流程。
- - 分别在 `-start` 和 `-stop` 中实现开始和停止动作。
- 3）在采集模块 `KFAudioCapture` 的数据回调中将数据交给编码模块 `KFAudioEncoder` 进行编码。
- - 在 `KFAudioCapture` 的 `sampleBufferOutputCallBack` 回调中实现。
- 4）在编码模块 `KFAudioEncoder` 的数据回调中获取编码后的 AAC 裸流数据，并在每个 AAC packet 前写入 ADTS 头数据，存储到文件中。
- - 在 `KFAudioEncoder` 的 `sampleBufferOutputCallBack` 回调中实现。
- 其中生成一个 AAC packet 对应的 ADTS 头数据在 `KFAudioTools` 类的工具方法 `+adtsDataWithChannels:sampleRate:rawDataLength:` 中实现。
```
KFAudioTools.m
#import "KFAudioTools.h"
@implementation KFAudioTools
// 按音频参数生产 AAC packet 对应的 ADTS 头数据。
// 当编码器编码的是 AAC 裸流数据时，需要在每个 AAC packet 前添加一个 ADTS 头用于解码器解码音频流。
// 参考文档：
// ADTS 格式参考：http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=ADTS
// MPEG-4 Audio 格式参考：http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=MPEG-4_Audio#Channel_Configurations
+ (NSData *)adtsDataWithChannels:(NSInteger)channels sampleRate:(NSInteger)sampleRate rawDataLength:(NSInteger)rawDataLength {
// 1、创建数据缓冲区。
int adtsLength = 7; // ADTS 头固定 7 字节。
char *packet = malloc(sizeof(char) * adtsLength);
// 2、设置各数据字段。
int profile = 2; // 2 表示 AAC LC。
NSInteger sampleRateIndex = [self.class sampleRateIndex:sampleRate]; // 取得采样率对应的 index。
int channelCfg = (int) channels; // MPEG-4 Audio Channel Configuration。
NSUInteger fullLength = adtsLength + rawDataLength; // 这里的长度字段是：ADTS 头数据和 AAC packet 数据的总长度。
// 3、填充 ADTS 数据。
packet[0] = (char) 0xFF; // 11111111 = syncword
packet[1] = (char) 0xF9; // 1111 1 00 1 = syncword MPEG-2 Layer CRC
packet[2] = (char) (((profile - 1) << 6) + (sampleRateIndex << 2) + (channelCfg >> 2));
packet[3] = (char) (((channelCfg & 3) << 6) + (fullLength >> 11));
packet[4] = (char) ((fullLength & 0x7FF) >> 3);
packet[5] = (char) (((fullLength & 7) << 5) + 0x1F);
packet[6] = (char) 0xFC;
NSData *data = [NSData dataWithBytesNoCopy:packet length:adtsLength freeWhenDone:YES];
return data;
}
// 音频采样率对应的 index。
+ (NSInteger)sampleRateIndex:(NSInteger)frequencyInHz {
NSInteger sampleRateIndex = 0;
switch (frequencyInHz) {
case 96000:
sampleRateIndex = 0;
break;
case 88200:
sampleRateIndex = 1;
break;
case 64000:
sampleRateIndex = 2;
break;
case 48000:
sampleRateIndex = 3;
break;
case 44100:
sampleRateIndex = 4;
break;
case 32000:
sampleRateIndex = 5;
break;
case 24000:
sampleRateIndex = 6;
break;
case 22050:
sampleRateIndex = 7;
break;
case 16000:
sampleRateIndex = 8;
break;
case 12000:
sampleRateIndex = 9;
break;
case 11025:
sampleRateIndex = 10;
break;
case 8000:
sampleRateIndex = 11;
break;
case 7350:
sampleRateIndex = 12;
break;
default:
sampleRateIndex = 15;
}
return sampleRateIndex;
}
@end
```
## 4、用工具播放 AAC 文件
完成音频采集和编码后，可以将 App Document 文件夹下面的 `test.aac` 文件拷贝到电脑上，使用 `ffplay` 播放来验证一下音频采集是效果是否符合预期：
```
$ ffplay -i test.aac
```
这里在播放 AAC 文件时不必像播放 PCM 文件那样设置音频参数，这正是因为我们已经将对应的参数信息编码到 ADTS 头部数据中去了，播放解码时可以从中解析出这些信息从而正确的解码 AAC。
关于播放 AAC 文件的工具，可以参考[《FFmpeg 工具》第 2 节 ffplay 命令行工具](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484831&idx=1&sn=6bab905a5040c46b971bab05f787788b&scene=21#wechat_redirect)和[《可视化音视频分析工具》第 1.1 节 Adobe Audition](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTkxOTQyMQ==&mid=2257484834&idx=1&sn=5dd9768bfc0d01ca1b036be8dd2f5fa1&scene=21#wechat_redirect)。
## 5、参考资料
[1]CMSampleBufferRef: *https://developer.apple.com/documentation/coremedia/cmsamplebufferref/*
[2]ADTS 格式: *http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=ADTS*
[3]AVAudioSession: *https://developer.apple.com/documentation/avfaudio/avaudiosession/*
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/q4n1dYTjcJVJolX-Wrdr9Q
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