openharmony 鸿蒙 audio-encoding

2025-06-12 浏览 (1)

音频编码

开发者可以调用本模块的Native API接口，完成音频编码，即将音频PCM编码压缩成不同的格式。

接口不限制PCM数据的来源，开发者可以调用麦克风录制获取、也可以导入编辑后的PCM数据，通过音频编码，输出对应格式的码流，最后封装为目标格式文件。

当前支持的编码能力请参考AVCodec支持的格式。

适用场景

  • 音频录制

    通过录制传入PCM，然后编码出对应格式的码流，最后封装成想要的格式。

  • 音频编辑

    编辑PCM后导出音频文件的场景，需要编码成对应音频格式后再封装成文件。

说明：

AAC编码器默认采用的VBR可变码率模式，与配置的预期参数可能存在偏差。

开发指导

详细的API说明请参考API文档。

参考以下示例代码，完成音频编码的全流程，包括：创建编码器、设置编码参数（采样率/码率/声道数等）、开始、刷新、重置、销毁资源。

在应用开发过程中，开发者应按一定顺序调用方法，执行对应操作，否则系统可能会抛出异常或生成其他未定义的行为。具体顺序可参考下列开发步骤及对应说明。

如下为音频编码调用关系图：

  • 虚线表示可选。

  • 实线表示必选。

Invoking relationship of audio encode stream

在 CMake 脚本中链接动态库

target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_codecbase.so)
target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_core.so)
target_link_libraries(sample PUBLIC libnative_media_acodec.so)

开发步骤

  1. 添加头文件。

    #include <multimedia/player_framework/native_avcodec_audiocodec.h>
#include <multimedia/native_audio_channel_layout.h>
#include <multimedia/player_framework/native_avcapability.h>
#include <multimedia/player_framework/native_avcodec_base.h>
#include <multimedia/player_framework/native_avformat.h>
#include <multimedia/player_framework/native_avbuffer.h>

  2. 创建编码器实例对象，OH_AVCodec *为编码器实例指针。

    应用可以通过名称或媒体类型创建编码器。

    // c++标准库命名空间。
using namespace std;
// 通过 codecname 创建编码器。
OH_AVCapability *capability = OH_AVCodec_GetCapability(OH_AVCODEC_MIMETYPE_AUDIO_AAC, true);
const char *name = OH_AVCapability_GetName(capability);
OH_AVCodec *audioEnc_ = OH_AudioCodec_CreateByName(name);

    // 设置判定是否为编码；设置true表示当前是编码。
bool isEncoder = true;
// 通过媒体类型创建编码器。
OH_AVCodec *audioEnc_ = OH_AudioCodec_CreateByMime(OH_AVCODEC_MIMETYPE_AUDIO_AAC, isEncoder);

    // 初始化队列。
class AEncBufferSignal {
public:
    std::mutex inMutex_;
    std::mutex outMutex_;
    std::mutex startMutex_;
    std::condition_variable inCond_;
    std::condition_variable outCond_;
    std::condition_variable startCond_;
    std::queue<uint32_t> inQueue_;
    std::queue<uint32_t> outQueue_;
    std::queue<OH_AVBuffer *> inBufferQueue_;
    std::queue<OH_AVBuffer *> outBufferQueue_;
};
AEncBufferSignal *signal_;

  3. 调用OH_AudioCodec_RegisterCallback()注册回调函数。

    注册回调函数指针集合OH_AVCodecCallback，包括：

    • OH_AVCodecOnError：编码器运行错误。
    • OH_AVCodecOnStreamChanged：音频编码器暂未支持此回调。
    • OH_AVCodecOnNeedInputBuffer：运行过程中需要新的输入数据，即编码器已准备好，可以输入PCM数据。
    • OH_AVCodecOnNewOutputBuffer：运行过程中产生了新的输出数据，即编码完成。

    开发者可以通过处理该回调报告的信息，确保编码器正常运转。

    注意： 回调中不建议进行耗时操作。

    // OH_AVCodecOnError回调函数的实现。
static void OnError(OH_AVCodec *codec, int32_t errorCode, void *userData)
{
    (void)codec;
    (void)errorCode;
    (void)userData;
}
// OH_AVCodecOnStreamChanged回调函数的实现。
static void OnOutputFormatChanged(OH_AVCodec *codec, OH_AVFormat *format, void *userData)
{
    (void)codec;
    (void)format;
    (void)userData;
}
// OH_AVCodecOnNeedInputBuffer回调函数的实现。
static void OnInputBufferAvailable(OH_AVCodec *codec, uint32_t index, OH_AVBuffer *data, void *userData)
{
    (void)codec;
    // 编码输入码流送入InputBuffer队列。
    AEncBufferSignal *signal = static_cast<AEncBufferSignal *>(userData);
    unique_lock<mutex> lock(signal->inMutex_);
    signal->inQueue_.push(index);
    signal->inBufferQueue_.push(data);
    signal->inCond_.notify_all();
}
// OH_AVCodecOnNewOutputBuffer回调函数的实现。
static void OnOutputBufferAvailable(OH_AVCodec *codec, uint32_t index, OH_AVBuffer *data, void *userData)
{
    (void)codec;
    // 将对应输出buffer的index送入OutputQueue_队列。
    // 将对应编码完成的数据data送入outBuffer队列。
    AEncBufferSignal *signal = static_cast<AEncBufferSignal *>(userData);
    unique_lock<mutex> lock(signal->outMutex_);
    signal->outQueue_.push(index);
    signal->outBufferQueue_.push(data);
}
signal_ = new AEncBufferSignal();
OH_AVCodecCallback cb_ = {&OnError, &OnOutputFormatChanged, &OnInputBufferAvailable, &OnOutputBufferAvailable};
// 配置异步回调。
int32_t ret = OH_AudioCodec_RegisterCallback(audioEnc_, cb_, signal_);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理。
}

  4. 调用OH_AudioCodec_Configure设置编码器。

    设置必选项：采样率，码率，以及声道数，声道类型、位深。

    可选项：最大输入长度。

    flac编码： 需要额外标识兼容性级别(Compliance Level)和采样精度。

    各音频编码类型参数范围说明： |音频编码类型|采样率(Hz) | 声道数 | |-----------|-------------------------------------------------------------------------------|:----------------:| |AAC |8000、11025、12000、16000、22050、24000、32000、44100、48000、64000、88200、96000|1、2、3、4、5、6、8| |Flac |8000、11025、12000、16000、22050、24000、32000、44100、48000、64000、88200、96000| 1~8 | |MP3 |8000、11025、12000、16000、22050、24000、32000、44100、48000 | 1~2 | |G711mu |8000 | 1 |

    例如对一个44100Hz采样率、2声道立体声、SAMPLE_S16LE采样格式的PCM音频，以32000bps的码率进行AAC编码的调用流程如下：

    int32_t ret;
// 配置音频采样率（必须）。
constexpr uint32_t DEFAULT_SAMPLERATE = 44100;
// 配置音频码率（必须）。
constexpr uint64_t DEFAULT_BITRATE = 32000;
// 配置音频声道数（必须）。
constexpr uint32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
// 配置音频声道类型（必须）。
constexpr OH_AudioChannelLayout CHANNEL_LAYOUT = OH_AudioChannelLayout::CH_LAYOUT_STEREO;
// 配置音频位深（必须）。
constexpr OH_BitsPerSample SAMPLE_FORMAT = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S16LE;
// 每20ms一帧音频数据。
constexpr float TIME_PER_FRAME = 0.02;
// 配置最大输入长度, 每帧音频数据的大小（可选）。
constexpr uint32_t DEFAULT_MAX_INPUT_SIZE = DEFAULT_SAMPLERATE * TIME_PER_FRAME * DEFAULT_CHANNEL_COUNT * sizeof(short); // aac
OH_AVFormat *format = OH_AVFormat_Create();
// 写入format。
OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_AUD_CHANNEL_COUNT, DEFAULT_CHANNEL_COUNT);
OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_AUD_SAMPLE_RATE, DEFAULT_SAMPLERATE);
OH_AVFormat_SetLongValue(format,OH_MD_KEY_BITRATE, DEFAULT_BITRATE);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUDIO_SAMPLE_FORMAT, SAMPLE_FORMAT);
OH_AVFormat_SetLongValue(format,OH_MD_KEY_CHANNEL_LAYOUT, CHANNEL_LAYOUT);
OH_AVFormat_SetIntValue(format,OH_MD_KEY_MAX_INPUT_SIZE, DEFAULT_MAX_INPUT_SIZE);
// 配置编码器。
ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理。
}

    例FLAC调用流程：

    int32_t ret;
// 配置音频采样率（必须）。
constexpr uint32_t DEFAULT_SAMPLERATE = 44100;
// 配置音频码率（必须）。
constexpr uint64_t DEFAULT_BITRATE = 261000;
// 配置音频声道数（必须）。
constexpr uint32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
// 配置音频声道类型（必须）。
constexpr OH_AudioChannelLayout CHANNEL_LAYOUT = OH_AudioChannelLayout::CH_LAYOUT_STEREO;
// 配置音频位深（必须） flac只有SAMPLE_S16LE和SAMPLE_S32LE。
constexpr OH_BitsPerSample SAMPLE_FORMAT = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S32LE;
// 配置音频compliance level (默认值0，取值范围-2~2)。
constexpr int32_t COMPLIANCE_LEVEL = 0;
// 配置音频精度（必须） SAMPLE_S16LE和SAMPLE_S24LE和SAMPLE_S32LE。
constexpr OH_BitsPerSample BITS_PER_CODED_SAMPLE = OH_BitsPerSample::SAMPLE_S24LE;
OH_AVFormat *format = OH_AVFormat_Create();
// 写入format。
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_CHANNEL_COUNT, DEFAULT_CHANNEL_COUNT);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUD_SAMPLE_RATE, DEFAULT_SAMPLERATE);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_BITRATE, DEFAULT_BITRATE);
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_BITS_PER_CODED_SAMPLE, BITS_PER_CODED_SAMPLE); 
OH_AVFormat_SetIntValue(format, OH_MD_KEY_AUDIO_SAMPLE_FORMAT, SAMPLE_FORMAT); 
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_CHANNEL_LAYOUT, CHANNEL_LAYOUT);
OH_AVFormat_SetLongValue(format, OH_MD_KEY_COMPLIANCE_LEVEL, COMPLIANCE_LEVEL); 
// 配置编码器。
ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理。
}

  5. 调用OH_AudioCodec_Prepare()，编码器就绪。

    ret = OH_AudioCodec_Prepare(audioEnc_);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理。
}

  6. 调用OH_AudioCodec_Start()启动编码器，进入运行态。

    unique_ptr<ifstream> inputFile_ = make_unique<ifstream>();
unique_ptr<ofstream> outFile_ = make_unique<ofstream>();
// 打开待编码二进制文件路径（此处以输入为PCM文件为例）。
inputFile_->open(inputFilePath.data(), ios::in|ios::binary); 
// 配置编码文件输出路径（此处以输出为编码码流文件为例）。
outFile_->open(outputFilePath.data(), ios::out|ios::binary);
// 开始编码。
ret = OH_AudioCodec_Start(audioEnc_);
if (ret != AV_ERR_OK) {
    // 异常处理。
}

  7. 调用OH_AudioCodec_PushInputBuffer()，写入待编码器的数据。需开发者填充完整的输入数据后调用。

    每帧样点数(SAMPLES_PER_FRAME)取值：

    aac建议使用20ms的PCM样点数，即采样率*0.02。

    flac比较特殊，需要根据如下表格进行设置。

采样率样点数
8000576
160001152
220502304
240002304
320002304
441004608
480004608
882008192
960008192

说明： aac编码的每帧样点数建议使用20ms的PCM样点数，即采样率*0.02。flac编码的样点数建议根据采样率按照表格传入，大于这个值也会返回错误码，如果小于有可能出现编码文件损坏问题。

 // 每帧样点数。
 constexpr int32_t SAMPLES_PER_FRAME = DEFAULT_SAMPLERATE * TIME_PER_FRAME;
 // 声道数，对于amr编码声道数只支持单声道的音频输入。
 constexpr int32_t DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 2;
 // 每帧输入数据的长度，声道数 * 每帧样点数 * 每个样点的字节数（以采样格式SAMPLE_S16LE为例）。
 // 如果最后一帧数据不满足长度，建议进行丢弃或填充处理。
 constexpr int32_t INPUT_FRAME_BYTES = DEFAULT_CHANNEL_COUNT * SAMPLES_PER_FRAME * sizeof(short);
 uint32_t index = signal_->inQueue_.front();
 auto buffer = signal_->inBufferQueue_.front();
 OH_AVCodecBufferAttr attr = {0};
 if (!inputFile_->eof()) {
     inputFile_->read((char *)OH_AVBuffer_GetAddr(buffer), INPUT_FRAME_BYTES);
     attr.size = INPUT_FRAME_BYTES;
     attr.flags = AVCODEC_BUFFER_FLAGS_NONE;
 } else {
     attr.size = 0;
     attr.flags = AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS;
 }
 OH_AVBuffer_SetBufferAttr(buffer, &attr);
 // 送入编码输入队列进行编码, index为对应队列下标。
 ret = OH_AudioCodec_PushInputBuffer(audioEnc_, index);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 ```
在上方案例中，attr.flags代表缓冲区标记的类别。

如果是结束，需要将flags标识成AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS。

|枚举值|描述|
|--------|--------|
|AVCODEC_BUFFER_FLAGS_NONE|表示为普通帧。|
|AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS|表示缓冲区是流结束帧。|
|AVCODEC_BUFFER_FLAGS_CODEC_DATA|表示缓冲区包含编解码特定数据。|

8. 调用OH_AudioCodec_FreeOutputBuffer()，释放编码后的数据。

在取走编码码流后，就应及时调用OH_AudioCodec_FreeOutputBuffer()进行释放。

 ```c++
 uint32_t index = signal_->outQueue_.front();
 OH_AVBuffer *avBuffer = signal_->outBufferQueue_.front();
 // 获取buffer attributes。
 OH_AVCodecBufferAttr attr = {0};
 ret = OH_AVBuffer_GetBufferAttr(avBuffer, &attr);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 // 将编码完成数据data写入到对应输出文件中。
 outputFile_->write(reinterpret_cast<char *>(OH_AVBuffer_GetAddr(avBuffer)), attr.size);
 // 释放已完成写入的数据。
 ret = OH_AudioCodec_FreeOutputBuffer(audioEnc_, index);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 if (attr.flags == AVCODEC_BUFFER_FLAGS_EOS) {
     // 结束。
 }
 ```

9. （可选）调用OH_AudioCodec_Flush()刷新编码器。

调用OH_AudioCodec_Flush()后，编码器处于Flush状态，会将当前编码队列清空。

此时需要调用OH_AudioCodec_Start()重新开始编码。

使用情况：

* 在文件EOS之后，需要调用刷新。
* 在执行过程中遇到可继续执行的错误时（即OH_AudioCodec_IsValid 为true）可以调用，然后重新调用OH_AudioCodec_Start。

 ```c++
 // 刷新编码器 audioEnc_。
 ret = OH_AudioCodec_Flush(audioEnc_);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 // 重新开始编码。
 ret = OH_AudioCodec_Start(audioEnc_);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 ```

10. （可选）调用OH_AudioCodec_Reset()重置编码器。

 调用OH_AudioCodec_Reset()后，编码器回到初始化的状态，需要调用OH_AudioCodec_Configure()重新配置，然后调用OH_AudioCodec_Start()重新开始编码。

 ```c++
 // 重置编码器 audioEnc_。
 ret = OH_AudioCodec_Reset(audioEnc_);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 // 重新配置编码器参数。
 ret = OH_AudioCodec_Configure(audioEnc_, format);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 ```

11. 调用OH_AudioCodec_Stop()停止编码器。

 停止后，可以通过Start重新进入已启动状态（started），但需要注意的是，如果编码器之前已输入数据，则需要重新输入编码器数据。

 ```c++
 // 终止编码器 audioEnc_。
 ret = OH_AudioCodec_Stop(audioEnc_);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 }
 ```

12. 调用OH_AudioCodec_Destroy()销毁编码器实例，释放资源。

 > **说明：**
 > 资源不能重复销毁

 ```c++
 // 调用OH_AudioCodec_Destroy, 注销编码器。
 ret = OH_AudioCodec_Destroy(audioEnc_);
 if (ret != AV_ERR_OK) {
     // 异常处理。
 } else {
     audioEnc_ = NULL; // 不可重复destroy。
 }
 ```

## 相关实例

针对音频编码，有以下相关实例可供参考：

- [音频编码](https://gitee.com/openharmony/multimedia_av_codec/blob/master/test/nativedemo/audio_demo/avcodec_audio_avbuffer_aac_encoder_demo.cpp)

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