音頻(六)-安卓ndk將pcm轉換爲mp3

安卓不支持mp3格式的錄製，可是能夠解碼mp3格式文件，lame庫是一個通用的編碼mp3庫，用c語言實現。這篇文章自制了lame庫的cmake腳本，實現了在安卓上將PCM數據轉換爲MP3。

關於mp3

Mp3曾經以它優秀的壓縮率和較低的失真一橫行音樂行業，在那個存儲介質昂貴的時代大放光彩，隨着技術的發展，存儲已經不是瓶頸了，如今的音樂愛好者也開始追求音質，出現了高保真音樂，復古黑膠唱片等。可是做爲一個音頻開發者，基本的mp3知識仍是須要掌握的。

MP3是一種有損壓縮格式，對它進行解碼不能還原PCM。通常CD品質的音頻文件是1411.2kbps(16bitpersample、*44100samplerate、*2channels)，這個須要較高的帶寬才能保證傳輸的穩定性，可是通過MP3編碼後比特率基本結餘128kbps~320kbps，壓縮率爲12:1-10:1，這樣回放的質量低了，可是文件大小獲得了控制。 本篇文章討論的並不是是音樂播放器，而是一種編碼格式，而且以lame編碼器來說解文章格式，事實上lame編碼器被認爲是最好的MP3編碼器。

MP3文件格式

MP3通常包含3個主要部分ID3v二、frame、ID3v1。其形式以下：

幀	說明
ID3v2	包含了做者，做曲，專輯信息等，長度不固定，擴展了ID3v1的信息量
Frame	一些列的幀，個數由文件的大小和幀長度決定 每一個frame包含幀頭和實體數據兩部分，幀頭記錄了mp3的位寬，採樣率，版本信息等，每一個幀之間相互獨立，可是每一個幀的長度不固定，由bitrate決定
ID3v1	包含了做者，做曲，專輯等信息，長度固定是123Byte

下面分別說一下各個格式的信息

ID3v2結構圖

ID3V2共有4個版本，但實際上用的最多的是ID3V2.3

數據塊	數據描述	字節數(Byte)	內容
標籤頭	ID3V2標識	3	固定字符"ID3",表示是ID3v2標籤
	ID3v2的子版本號	2	0x0300表示是主版本號爲3，副版本號爲0，也就是ID3v2.3
	ID3v2標誌位	1	abc00000，a-非同步編碼，b-擴展標籤頭,c-測試指示位,當這三位置是1時表示有效，通常狀況都是0
	ID3v2大小	4	每一個字節只有後七位有效，size=byte0:70x200000+byte1:70x4000+byte2:7*0x80+byte3:7
擴展標籤頭	擴展標籤頭大小	4	size=byte00x200000+byte10x4000+byte2*0x80+byte3
	擴展標誌位	2	xx
	補空大小	4	能夠在全部的標籤幀後邊添加補空的數據，也能夠預留空間存放額外的幀，是的整個標籤大小比標籤頭的大小更大，通常不用
標籤幀	幀標識	4	固定四個字符，每一個標籤幀都有一個10個本身的固定的頭和至少一個字節的不固定長度的內容組成，也就是下邊的幀大小和幀標誌必須有，而幀數據的內容不得小於1.
	幀大小	4	出去幀頭的全部長度，size=byte00x200000+byte10x4000+byte2*0x80+byte3
	標誌	2	標誌位，只定義6bit，abc00000 ijk00000通常爲0
	幀數據	size	存放的數據
	補空	補空大小

介紹一下經常使用的幀標識：

標識內容	描述
TIT2	標題
TPE1	做者
TALB	專輯
TRCK	音軌N/M格式
TYER	年代
TCON	類型
COMM	備註

有效數據幀

有效數據幀的編碼在lame共有三種，CBR、VBR和ABR。

• CBR：幀長度固定，數據平均分配在各個幀，這種方式有利於計算播放時長，可是文件稍微大
• VBR：幀長度不固定，要獲取真個播放時長必須知道幀的總數，文件較小
• ABR：幀長度不固定，介於CBR和VBR之間

有效數據幀頭爲四個字節： 此處是1-32

偏移地址	位數(bits)	內容
1	12	幀同步標識，通常標識數據幀的開始，所有爲1
13	1	MPEG音頻版本號
14	2	Layer版本
16	1	保護位
17	4	比特率
21	2	採樣率
23	1	補空位大小
24	1	不知道啥
25	2	模式
27	2	模式拓展位
29	1	版權位
30	1	原始位
31	2	強調位

這個地方的內容較多，此處我不一一列舉，附上一個寫的比較詳細的博客：

MP3文件格式全解

LAME的使用

Lame是一個專門用編碼MP3的開源庫，它能夠提供多種不一樣比特率的支持，而且提供了各個平臺下的編譯源碼包，能夠直接在SourceForge下載。

安卓平臺編譯

官方並無提供專門的編譯文件，不過咱們能夠本身採用多種方式編譯：ndk-build和cmake,兩種方式都很是簡單。首先要下載源碼，而後解壓到一個文件夾內。

ndk-build方式構建lame

咱們須要編寫兩個文件，Android.mk和Application.mk。一個參考網址能夠少走一些坑(http://developer.samsung.com/technical-doc/view.do;jsessionid=32A9C99833A33F376D7DB8C787414B62?v=T000000090)[http://developer.samsung.com/technical-doc/view.do;jsessionid=32A9C99833A33F376D7DB8C787414B62?v=T000000090]

主要有四點：

1. 將libmp3lame文件夾下的全部內容拷貝到一個指定的地方，而後再將lame.h文件考進來

2. 找到util.h文件，將其中的extern ieee754_float32_t fast_log2(ieee754_float32_t x);替換爲 extern float fast_log2(float x);

3. 找到set_get.h文件。替換 #include <lame.h>爲#include 「lame.h」

4. 假如出現bcopy unrefrence的錯誤，在Application.mk文件中添加一個flag,最後添加一行，內容爲APP_CFLAGS += -DSTDC_HEADERS

這樣就能夠直接編譯生成so文件了。 假如配置好了ndk的全局變量，只須要運行ndk-build NDK_PROJECT_PATH=. NDK_APPLICATION_MK=Application.mk就生成了對應的so文件了

.
├── arm64-v8a
│   └── libmp3lame.so
├── armeabi
│   └── libmp3lame.so
├── armeabi-v7a
│   └── libmp3lame.so
├── mips
│   └── libmp3lame.so
├── mips64
│   └── libmp3lame.so
├── x86
│   └── libmp3lame.so
└── x86_64
    └── libmp3lame.so
複製代碼

下邊是兩個文件

1. Application.mk

APP_PLATFORM := android-18
APP_ABI := all
APP_BUILD_SCRIPT := Android.mk
APP_CFLAGS += -DSTDC_HEADERS
複製代碼

2. Android.mk

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
 
		include $(CLEAR_VARS)
		 
		LOCAL_MODULE    	:= libmp3lame
		LOCAL_SRC_FILES 	:= \
		./libmp3lame/bitstream.c \
		./libmp3lame/encoder.c \
		./libmp3lame/fft.c \
		./libmp3lame/gain_analysis.c \
		./libmp3lame/id3tag.c \
		./libmp3lame/lame.c \
		./libmp3lame/mpglib_interface.c \
		./libmp3lame/newmdct.c \
		./libmp3lame/presets.c \
		./libmp3lame/psymodel.c \
		./libmp3lame/quantize.c \
		./libmp3lame/quantize_pvt.c \
		./libmp3lame/reservoir.c \
		./libmp3lame/set_get.c \
		./libmp3lame/tables.c \
		./libmp3lame/takehiro.c \
		./libmp3lame/util.c \
		./libmp3lame/vbrquantize.c \
		./libmp3lame/VbrTag.c \
		./libmp3lame/version.c
		
		LOCAL_LDLIBS := -llog
		
		include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
複製代碼

cmake方式構建lame

cmake構建更加簡單，只須要將剛纔的libmp3lame文件夾和lame.h文件添加到src/main/cpp文件夾下，此處我和源文件夾保持一致，起名爲libmp3lame，而後編寫一個CMakeLists.txt文件以下：

add_definitions("-DSTDC_HEADERS")
add_library(mp3lame bitstream.c
                     encoder.c
                     fft.c
                     gain_analysis.c
                     id3tag.c
                     lame.c
                     mpglib_interface.c
                     newmdct.c
                     presets.c
                     psymodel.c
                     quantize.c
                     quantize_pvt.c
                     reservoir.c
                     set_get.c
                     tables.c
                     takehiro.c
                     util.c
                     vbrquantize.c
                     VbrTag.c
                     version.c)
複製代碼

而後在主文件夾下的CMakeList.txt中添加生成該庫的代碼：

set(LIB_MP3 Mp3Codec)

include_directories(
             src/main/cpp/include #將lame.h文件複製到這個文件夾下，更加清晰一些，能夠做爲一個接口文件
            )
add_subdirectory(src/main/cpp/libmp3lame)
複製代碼

假如要使用這個庫的話只須要假如target_link命令來鏈接便可。

lame轉碼pcm格式爲mp3

我作了一個很是簡單的實例程序，首先是經過AudioRecorder錄製PCM數據，而後封裝爲wav格式，這個格式在安卓手機上是能夠直接播放的。而後在將wav文件經過jni層的lame調用轉碼爲MP3。

首先了解一下lame的api文檔：

1. 獲取版本信息（可選的） const char * get_lame_version(void);

2. 錯誤信息 默認狀況下lame會輸出錯誤信息到標準錯誤流中，可是咱們須要獲取錯誤信息的話，能夠調用以下方法來設置：

lame_set_errorf(gfp,error_handler_function);
lame_set_debugf(gfp,error_handler_function);
lame_set_msgf(gfp,error_handler_function);
複製代碼

經過這種方式，就能夠將調試或者錯誤信息發送到咱們本身的handler中。這個handler函數通常以下：

void my_debugf(const char *format, va_list ap) {
     (void) vfprintf(stdout, format, ap);
 }
複製代碼

3. 初始化編碼器 初始化編碼器並設置默認值：

#include "lame.h"
   lame_global_flags *gfp;
   gfp = lame_init();

/*The default (if you set nothing) is a J-Stereo, 44.1khz 128kbps CBR mp3 file at quality 5. */

   lame_set_num_channels(gfp,2);
   lame_set_in_samplerate(gfp,44100);
   lame_set_brate(gfp,128);
   lame_set_mode(gfp,1);
   lame_set_quality(gfp,2);   /* 2=high 5 = medium 7=low */
複製代碼

在lame.h文件中定義了lame_glob_flags的一種簡寫形式：typedef lame_global_flags *lame_t;咱們就可使用lame_t。

4. 設置參數

zret_code = lame_init_params(gfp);
複製代碼

這個須要檢查錯誤，由於可能會有錯誤的參數。

5. 編碼 輸出源時PCM數據，輸出時mp3的幀，咱們須要先設置一個緩衝區，來存放編碼後的mp3數據，這個數據的大小能夠根據採樣率和採樣數來計算。一個公式以下：

mp3buffer_size (in bytes) = 1.25*num_samples + 7200.
複製代碼

接下來是將採樣數據生成爲mp3數據，存入上邊分配的緩衝區：

int lame_encode_buffer(lame_global_flags *gfp, short int leftpcm[], short int rightpcm[], int num_samples,char *mp3buffer,int mp3buffer_size);
複製代碼

編碼成功的話會返回編碼的數量，有可能爲0.假如編碼不成功就會返回一個負數。

6. 編碼結束 編碼器可能會持有最後幾個數據，須要調用這個函數：

int lame_encode_flush(lame_global_flags *,char *mp3buffer, int mp3buffer_size);
複製代碼

函數的返回值是最後的數據，大多數狀況下是0。

7. 寫入tag

這個地方主要是寫入上邊提到的一些ID3等幀信息

void lame_mp3_tags_fid(lame_global_flags *,FILE* fid);
複製代碼

8. 釋放資源 最後咱們須要調用

void lame_close(lame_global_flags *);
複製代碼

最後附上demo的github地址： github.com/rangaofei/A…

參考：

1. 音視頻開發進階指南
2. 維基百科-mp3
3. developer.samsung.com/technical-d…

最後的最後，說一下最近本身的一點事。我普通211非計算機專業，11年畢業，畢業以後一直在央企工做，後來由於興趣緣由轉行作安卓開發，已過而立之年，目前在江蘇一個小城市作安卓開發，沒有大公司工做背景，想去上海試一試機會，經歷了無數次失敗了，包括阿里內推，中通等，這些經歷都使我認清了本身如今的劣勢。這也是一個很是沮喪的過程，由於多年的努力被一我的輕輕鬆鬆否認確實很喪氣。不過我有我本身的優點，個人技能不必定會匹配全部人的技能要求，運氣不在的時候須要練好內功，提高本身，如今的不承認不等於未來的不承認，留給個人時間很少了，但個人路還很長，但願和我同樣的小夥伴也能像我同樣，儘快調整過來。