diff --git a/iOS资料/iOS AVDemo:音频编码,采集 PCM 数据编码为 AAC.md b/iOS资料/iOS AVDemo:音频编码,采集 PCM 数据编码为 AAC.md new file mode 100644 index 0000000..22176c3 --- /dev/null +++ b/iOS资料/iOS AVDemo:音频编码,采集 PCM 数据编码为 AAC.md @@ -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 +#import +#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 +#import + +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 + +@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 +#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 \ No newline at end of file