目录
- 参考
- lswr功能介绍
- lswr使用说明
- 示例代码
1. 参考
- [1] FFmpeg/Libswresample Documentation
- [2] FFmpeg/Libswresample Detailed Description
- [3] FFmpeg/doc/examples/resampling_audio.c
2. lswr功能介绍
FFmpeg中重采样的功能由libswresample(后面简写为lswr)提供。
lswr提供了高度优化的转换音频的采样频率、声道格式或样本格式的功能。
功能说明：
- 采样频率转换：对音频的采样频率进行转换的处理，例如把音频从一个高的44100Hz的采样频率转换到8000Hz。从高采样频率到低采样频率的音频转换是一个有损的过程。API提供了多种的重采样选项和算法。
- 声道格式转换：对音频的声道格式进行转换的处理，例如立体声转换为单声道。当输入通道不能映射到输出流时，这个过程是有损的，因为它涉及不同的增益因素和混合。
- 样本格式转换：对音频的样本格式进行转换的处理，例如把s16的PCM数据转换为s8格式或者f32的PCM数据。此外提供了Packed和Planar包装格式之间相互转换的功能，Packed和Planar的区别见FFmpeg中Packed和Planar的PCM数据区别。
此外，还提供了一些其他音频转换的功能如拉伸和填充，通过专门的设置来启用。
3. lswr使用说明
重采样的处理流程：
- 创建上下文环境：重采样过程上下文环境为SwrContext数据结构。
- 参数设置：转换的参数设置到SwrContext中。
- SwrContext初始化：swr_init()。
- 分配样本数据内存空间：使用av_samples_alloc_array_and_samples、av_samples_alloc等工具函数。
- 开启重采样转换：通过重复地调用swr_convert来完成。
- 重采样转换完成， 释放相关资源：通过swr_free()释放SwrContext。
下面是示例程序的一个流程图：
resampling_audio.png
函数说明：
- swr_alloc() ：创建SwrContext对象。
- av_opt_set_*()：设置输入和输出音频的信息。
- swr_init()： 初始化SwrContext。
- av_samples_alloc_array_and_samples：根据音频格式分配相应大小的内存空间。
- av_samples_alloc：根据音频格式分配相应大小的内存空间。用于转换过程中对输出内存大小进行调整。
- swr_convert：进行重采样转换。
3.1 创建上下文环境
重采样过程上下文环境为SwrContext数据结构（SwrContext的定义没有对外暴露）。
创建SwrContext的方式有两种：
- swr_alloc() ： 创建SwrContext之后再通过AVOptions的API来设置参数。
- swr_alloc_set_opts()：在创建SwrContext的同时设置必要的参数。
两个函数的定义如下：
struct SwrContext* swr_alloc()
struct SwrContext* swr_alloc_set_opts(struct SwrContext * s, //如果为NULL则创建一个新的SwrContext，否则对已有的SwrContext进行参数设置
int64_t out_ch_layout, //输出的声道格式，AV_CH_LAYOUT_*
enum AVSampleFormat out_sample_fmt,
int out_sample_rate,
int64_t in_ch_layout,
enum AVSampleFormat in_sample_fmt,
int in_sample_rate,
int log_offset,
void * log_ctx
)
3.2 参数设置
参数设置的方式有两种：
- AVOptions的API
- swr_alloc_set_opts()：如果第一个参数为NULL则创建一个新的SwrContext，否则对已有的SwrContext进行参数设置。
假定要进行如下的重采样转换：
“f32le格式、采样频率48kHz、5.1声道格式”的PCM数据
转换为
“s16le格式、采样频率44.1kHz、立体声格式”的PCM数据
swr_alloc()的使用方式如下所示：
SwrContext *swr = swr_alloc();
av_opt_set_channel_layout(swr, "in_channel_layout", AV_CH_LAYOUT_5POINT1, 0);
av_opt_set_channel_layou(swr, "out_channel_layout", AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0);
av_opt_set_int(swr, "in_sample_rate", 48000, 0);
av_opt_set_int(swr, "out_sample_rate", 44100, 0);
av_opt_set_sample_fmt(swr, "in_sample_fmt", AV_SAMPLE_FMT_FLPT, 0);
av_opt_set_sample_fmt(swr, "out_sample_fmt", AV_SAMPLE_FMT_S16, 0);
swr_alloc_set_opts()的使用方式如下所示：
SwrContext *swr = swr_alloc_set_opts(NULL, // we're allocating a new context
AV_CH_LAYOUT_STEREO, // out_ch_layout
AV_SAMPLE_FMT_S16, // out_sample_fmt
44100, // out_sample_rate
AV_CH_LAYOUT_5POINT1, // in_ch_layout
AV_SAMPLE_FMT_FLTP, // in_sample_fmt
48000, // in_sample_rate
0, // log_offset
NULL); // log_ctx
3.3 SwrContext初始化：swr_init()
参数设置好之后必须调用swr_init()对SwrContext进行初始化。
如果需要修改转换的参数：
- 重新进行参数设置。
- 再次调用swr_init()。
3.4 分配样本数据内存空间
转换之前需要分配内存空间用于保存重采样的输出数据，内存空间的大小跟通道个数、样本格式需要、容纳的样本个数都有关系。libavutil中的samples处理API提供了一些函数方便管理样本数据，例如av_samples_alloc()函数用于分配存储sample的buffer。
av_sample_alloc()的定义如下：
/**
* @param[out] audio_data 输出数组，每个元素是指向一个通道的数据的指针。
* @param[out] linesize aligned size for audio buffer(s), may be NULL
* @param nb_channels 通道的个数。
* @param nb_samples 每个通道的样本个数。
* @param align buffer size alignment (0 = default, 1 = no alignment)
* @return 成功返回大于0的数，错误返回负数。
*/
int av_samples_alloc(uint8_t **audio_data, int *linesize, int nb_channels,
int nb_samples, enum AVSampleFormat sample_fmt, int align);
3.5 开启重采样转换
重采样转换是通过重复地调用swr_convert()来完成的。
swr_convert()函数的定义如下：
* @param out 输出缓冲区，当PCM数据为Packed包装格式时，只有out[0]会填充有数据。
* @param out_count 每个通道可存储输出PCM数据的sample数量。
* @param in 输入缓冲区，当PCM数据为Packed包装格式时，只有in[0]需要填充有数据。
* @param in_count 输入PCM数据中每个通道可用的sample数量。
*
* @return 返回每个通道输出的sample数量，发生错误的时候返回负数。
*/
int swr_convert(struct SwrContext *s, uint8_t **out, int out_count,
const uint8_t **in , int in_count);
说明：
- 如果没有提供足够的空间用于保存输出数据，采样数据会缓存在swr中。可以通过 swr_get_out_samples()来获取下一次调用swr_convert在给定输入样本数量下输出样本数量的上限，来提供足够的空间。
- 如果是采样频率转换，转换完成后采样数据可能会缓存在swr中，它期待你提供更多的输入数据。
- 如果实际上并不需要更多输入数据，通过调用swr_convert()，其中参数in_count设置为0来获取缓存在swr中的数据。
- 转换结束之后需要冲刷swr_context的缓冲区，通过调用swr_convert()，其中参数in设置为NULL，参数in_count设置为0。
下面的代码演示了重采样转换处理的流程，其中假定依照上面的参数设置、get_input()和handle_output()已经定义好。
uint8_t **input;
int in_samples;
while (get_input(&input, &in_samples)) {
uint8_t *output;
int out_samples = av_rescale_rnd(swr_get_delay(swr, 48000) +
in_samples, 44100, 48000, AV_ROUND_UP);
av_samples_alloc(&output, NULL, 2, out_samples,
AV_SAMPLE_FMT_S16, 0);
out_samples = swr_convert(swr, &output, out_samples,
input, in_samples);
handle_output(output, out_samples);
av_freep(&output);
}
3.6 重采样转换完成， 释放相关资源
转换结束之后，需要调用av_freep(&audio_data[0])来释放内存。
4. 示例代码
[3] 示例的代码。
/**
* @example resampling_audio.c
* libswresample API use example.
*/
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/channel_layout.h>
#include <libavutil/samplefmt.h>
#include <libswresample/swresample.h>
static int get_format_from_sample_fmt(const char **fmt,
enum AVSampleFormat sample_fmt)
{
int i;
struct sample_fmt_entry {
enum AVSampleFormat sample_fmt; const char *fmt_be, *fmt_le;
} sample_fmt_entries[] = {
{ AV_SAMPLE_FMT_U8, "u8", "u8" },
{ AV_SAMPLE_FMT_S16, "s16be", "s16le" },
{ AV_SAMPLE_FMT_S32, "s32be", "s32le" },
{ AV_SAMPLE_FMT_FLT, "f32be", "f32le" },
{ AV_SAMPLE_FMT_DBL, "f64be", "f64le" },
};
*fmt = NULL;
for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(sample_fmt_entries); i++) {
struct sample_fmt_entry *entry = &sample_fmt_entries[i];
if (sample_fmt == entry->sample_fmt) {
*fmt = AV_NE(entry->fmt_be, entry->fmt_le);
return 0;
}
}
fprintf(stderr,
"Sample format %s not supported as output format\n",
av_get_sample_fmt_name(sample_fmt));
return AVERROR(EINVAL);
}
/**
* Fill dst buffer with nb_samples, generated starting from t.
*/
static void fill_samples(double *dst, int nb_samples, int nb_channels, int sample_rate, double *t)
{
int i, j;
double tincr = 1.0 / sample_rate, *dstp = dst;
const double c = 2 * M_PI * 440.0;
/* generate sin tone with 440Hz frequency and duplicated channels */
for (i = 0; i < nb_samples; i++) {
*dstp = sin(c * *t);
for (j = 1; j < nb_channels; j++)
dstp[j] = dstp[0];
dstp += nb_channels;
*t += tincr;
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int64_t src_ch_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO, dst_ch_layout = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
int src_rate = 48000, dst_rate = 44100;
uint8_t **src_data = NULL, **dst_data = NULL;
int src_nb_channels = 0, dst_nb_channels = 0;
int src_linesize, dst_linesize;
int src_nb_samples = 1024, dst_nb_samples, max_dst_nb_samples;
enum AVSampleFormat src_sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_DBL, dst_sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
const char *dst_filename = NULL;
FILE *dst_file;
int dst_bufsize;
const char *fmt;
struct SwrContext *swr_ctx;
double t;
int ret;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s output_file\n"
"API example program to show how to resample an audio stream with libswresample.\n"
"This program generates a series of audio frames, resamples them to a specified "
"output format and rate and saves them to an output file named output_file.\n",
argv[0]);
exit(1);
}
dst_filename = argv[1];
dst_file = fopen(dst_filename, "wb");
if (!dst_file) {
fprintf(stderr, "Could not open destination file %s\n", dst_filename);
exit(1);
}
/* create resampler context */
swr_ctx = swr_alloc();
if (!swr_ctx) {
fprintf(stderr, "Could not allocate resampler context\n");
ret = AVERROR(ENOMEM);
goto end;
}
/* set options */
av_opt_set_int(swr_ctx, "in_channel_layout", src_ch_layout, 0);
av_opt_set_int(swr_ctx, "in_sample_rate", src_rate, 0);
av_opt_set_sample_fmt(swr_ctx, "in_sample_fmt", src_sample_fmt, 0);
av_opt_set_int(swr_ctx, "out_channel_layout", dst_ch_layout, 0);
av_opt_set_int(swr_ctx, "out_sample_rate", dst_rate, 0);
av_opt_set_sample_fmt(swr_ctx, "out_sample_fmt", dst_sample_fmt, 0);
/* initialize the resampling context */
if ((ret = swr_init(swr_ctx)) < 0) {
fprintf(stderr, "Failed to initialize the resampling context\n");
goto end;
}
/* allocate source and destination samples buffers */
src_nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(src_ch_layout);
ret = av_samples_alloc_array_and_samples(&src_data, &src_linesize, src_nb_channels,
src_nb_samples, src_sample_fmt, 0);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Could not allocate source samples\n");
goto end;
}
/* compute the number of converted samples: buffering is avoided
* ensuring that the output buffer will contain at least all the
* converted input samples */
max_dst_nb_samples = dst_nb_samples =
av_rescale_rnd(src_nb_samples, dst_rate, src_rate, AV_ROUND_UP);
/* buffer is going to be directly written to a rawaudio file, no alignment */
dst_nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(dst_ch_layout);
ret = av_samples_alloc_array_and_samples(&dst_data, &dst_linesize, dst_nb_channels,
dst_nb_samples, dst_sample_fmt, 0);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Could not allocate destination samples\n");
goto end;
}
t = 0;
do {
/* generate synthetic audio */
fill_samples((double *)src_data[0], src_nb_samples, src_nb_channels, src_rate, &t);
/* compute destination number of samples */
dst_nb_samples = av_rescale_rnd(swr_get_delay(swr_ctx, src_rate) +
src_nb_samples, dst_rate, src_rate, AV_ROUND_UP);
if (dst_nb_samples > max_dst_nb_samples) {
av_freep(&dst_data[0]);
ret = av_samples_alloc(dst_data, &dst_linesize, dst_nb_channels,
dst_nb_samples, dst_sample_fmt, 1);
if (ret < 0)
break;
max_dst_nb_samples = dst_nb_samples;
}
/* convert to destination format */
ret = swr_convert(swr_ctx, dst_data, dst_nb_samples, (const uint8_t **)src_data, src_nb_samples);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "Error while converting\n");
goto end;
}
dst_bufsize = av_samples_get_buffer_size(&dst_linesize, dst_nb_channels,
ret, dst_sample_fmt, 1);
if (dst_bufsize < 0) {
fprintf(stderr, "Could not get sample buffer size\n");
goto end;
}
printf("t:%f in:%d out:%d\n", t, src_nb_samples, ret);
fwrite(dst_data[0], 1, dst_bufsize, dst_file);
} while (t < 10);
if ((ret = get_format_from_sample_fmt(&fmt, dst_sample_fmt)) < 0)
goto end;
fprintf(stderr, "Resampling succeeded. Play the output file with the command:\n"
"ffplay -f %s -channel_layout %"PRId64" -channels %d -ar %d %s\n",
fmt, dst_ch_layout, dst_nb_channels, dst_rate, dst_filename);
end:
fclose(dst_file);
if (src_data)
av_freep(&src_data[0]);
av_freep(&src_data);
if (dst_data)
av_freep(&dst_data[0]);
av_freep(&dst_data);
swr_free(&swr_ctx);
return ret < 0;
}
