WAV音频重采样的python实现 音频重采样原理

1 什么叫音频重采样

音频重采样（Audio Resample）：将音频A转换成音频B，并且音频A、B的参数（采样率、采样格式、声道数）并不完全相同。比如：

• 音频A的参数

• 采样率：48000
• 采样格式：f32le
• 声道数：1

• 音频B的参数

• 采样率：44100
• 采样格式：s16le
• 声道数：2

2 为什么需要音频重采样

这里列举一个音频重采样的经典用途。

有些音频编码器对输入的原始PCM数据是有特定参数要求的，比如要求必须是44100_s16le_2。但是你提供的PCM参数可能是48000_f32le_1。这个时候就需要先将48000_f32le_1转换成44100_s16le_2，然后再使用音频编码器对转换后的PCM进行编码。

音频重采样

3 命令行

通过下面的命令行可以将44100_s16le_2转换成48000_f32le_1。

ffmpeg -ar 44100 -ac 2 -f s16le -i 44100_s16le_2.pcm -ar 48000 -ac 1 -f f32le 48000_f32le_1.pcm

4 编程

音频重采样需要用到2个库：

• swresample
• avutil

4.1 函数声明

为了让音频重采样功能更加通用，设计成以下函数：

	// 音频参数
	typedef struct {
	const char *filename;
	int sampleRate;
	AVSampleFormat sampleFmt;
	int chLayout;
	} ResampleAudioSpec;
	class FFmpegs {
	public:
	static void resampleAudio(ResampleAudioSpec &in,
	ResampleAudioSpec &out);
	static void resampleAudio(const char *inFilename,
	int inSampleRate,
	AVSampleFormat inSampleFmt,
	int inChLayout,
	const char *outFilename,
	int outSampleRate,
	AVSampleFormat outSampleFmt,
	int outChLayout);
	};
	// 导入头文件
	extern "C" {
	#include <libswresample/swresample.h>
	#include <libavutil/avutil.h>
	}
	// 处理错误码
	#define ERROR_BUF(ret) \
	char errbuf[1024]; \
	av_strerror(ret, errbuf, sizeof (errbuf));
	void FFmpegs::resampleAudio(ResampleAudioSpec &in,
	ResampleAudioSpec &out) {
	resampleAudio(in.filename, in.sampleRate, in.sampleFmt, in.chLayout,
	out.filename, out.sampleRate, out.sampleFmt, out.chLayout);
	}

4.2 函数调用

	// 输入参数
	ResampleAudioSpec in;
	in.filename = "F:/44100_s16le_2.pcm";
	in.sampleFmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
	in.sampleRate = 44100;
	in.chLayout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
	// 输出参数
	ResampleAudioSpec out;
	out.filename = "F:/48000_f32le_1.pcm";
	out.sampleFmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
	out.sampleRate = 48000;
	out.chLayout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
	// 进行音频重采样
	FFmpegs::resampleAudio(in, out);

4.3 函数实现

4.3.1 变量定义

为了简化释放资源的代码，函数中用到了goto语句，所以把需要用到的变量都定义到了前面。

	// 文件名
	QFile inFile(inFilename);
	QFile outFile(outFilename);
	// 输入缓冲区
	// 指向缓冲区的指针
	uint8_t **inData = nullptr;
	// 缓冲区的大小
	int inLinesize = 0;
	// 声道数
	int inChs = av_get_channel_layout_nb_channels(inChLayout);
	// 一个样本的大小
	int inBytesPerSample = inChs * av_get_bytes_per_sample(inSampleFmt);
	// 缓冲区的样本数量
	int inSamples = 1024;
	// 读取文件数据的大小
	int len = 0;
	// 输出缓冲区
	// 指向缓冲区的指针
	uint8_t **outData = nullptr;
	// 缓冲区的大小
	int outLinesize = 0;
	// 声道数
	int outChs = av_get_channel_layout_nb_channels(outChLayout);
	// 一个样本的大小
	int outBytesPerSample = outChs * av_get_bytes_per_sample(outSampleFmt);
	// 缓冲区的样本数量（AV_ROUND_UP是向上取整）
	int outSamples = av_rescale_rnd(outSampleRate, inSamples, inSampleRate, AV_ROUND_UP);
	/*
	inSampleRate inSamples
	------------- = -----------
	outSampleRate outSamples
	outSamples = outSampleRate * inSamples / inSampleRate
	*/
	// 返回结果
	int ret = 0;

4.3.2 创建重采样上下文

	// 创建重采样上下文
	SwrContext *ctx = swr_alloc_set_opts(nullptr,
	// 输出参数
	outChLayout, outSampleFmt, outSampleRate,
	// 输入参数
	inChLayout, inSampleFmt, inSampleRate,
	0, nullptr);
	if (!ctx) {
	qDebug() << "swr_alloc_set_opts error";
	goto end;
	}

4.3.3 初始化重采样上下文

	// 初始化重采样上下文
	int ret = swr_init(ctx);
	if (ret < 0) {
	ERROR_BUF(ret);
	qDebug() << "swr_init error:" << errbuf;
	goto end;
	}

4.3.4 创建缓冲区

	// 创建输入缓冲区
	ret = av_samples_alloc_array_and_samples(
	&inData,
	&inLinesize,
	inChs,
	inSamples,
	inSampleFmt,
	1);
	if (ret < 0) {
	ERROR_BUF(ret);
	qDebug() << "av_samples_alloc_array_and_samples error:" << errbuf;
	goto end;
	}
	// 创建输出缓冲区
	ret = av_samples_alloc_array_and_samples(
	&outData,
	&outLinesize,
	outChs,
	outSamples,
	outSampleFmt,
	1);
	if (ret < 0) {
	ERROR_BUF(ret);
	qDebug() << "av_samples_alloc_array_and_samples error:" << errbuf;
	goto end;
	}

4.3.5 读取文件数据

	// 打开文件
	if (!inFile.open(QFile::ReadOnly)) {
	qDebug() << "file open error:" << inFilename;
	goto end;
	}
	if (!outFile.open(QFile::WriteOnly)) {
	qDebug() << "file open error:" << outFilename;
	goto end;
	}
	// 读取文件数据
	// inData[0] == *inData
	while ((len = inFile.read((char *) inData[0], inLinesize)) > 0) {
	// 读取的样本数量
	inSamples = len / inBytesPerSample;
	// 重采样(返回值转换后的样本数量)
	ret = swr_convert(ctx,
	outData, outSamples,
	(const uint8_t **) inData, inSamples
	);
	if (ret < 0) {
	ERROR_BUF(ret);
	qDebug() << "swr_convert error:" << errbuf;
	goto end;
	}
	// 将转换后的数据写入到输出文件中
	// outData[0] == *outData
	outFile.write((char *) outData[0], ret * outBytesPerSample);
	}

4.3.6 刷新输出缓冲区

	// 检查一下输出缓冲区是否还有残留的样本（已经重采样过的，转换过的）
	while ((ret = swr_convert(ctx,
	outData, outSamples,
	nullptr, 0)) > 0) {
	outFile.write((char *) outData[0], ret * outBytesPerSample);
	}

4.3.7 回收释放资源

	end:
	// 释放资源
	// 关闭文件
	inFile.close();
	outFile.close();
	// 释放输入缓冲区
	if (inData) {
	av_freep(&inData[0]);
	}
	av_freep(&inData);
	// 释放输出缓冲区
	if (outData) {
	av_freep(&outData[0]);
	}
	av_freep(&outData);
	// 释放重采样上下文
	swr_free(&ctx);