Qt-FFmpeg开发-音频解码为PCM文件（9）

Qt-FFmpeg开发-使用libavcodec API的音频解码示例（MP3转pcm）

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1、概述

• 最近研究了一下FFmpeg开发，功能实在是太强大了，网上ffmpeg3、4的文章还是很多的，但是学习嘛，最新的还是不能放过，就选了一个最新的ffmpeg n5.1.2版本，和3、4版本api变化还是挺大的；
• 这是一个libavcodec API示例；
• 这里主要是研究FFmpeg官方示例产生的一个程序，官方示例可以看Examples；
• 由于官方示例有一些小问题，编译没通过，并且是通过命令行执行，不方便，这里通过修改为使用Qt实现这个音频解码为PCM文件的示例。

开发环境说明

• 系统：Windows10、Ubuntu20.04
• Qt版本：V5.12.5
• 编译器：MSVC2017-64、GCC/G++64
• FFmpeg版本：n5.1.2
  • 官方下载
  • 我使用的库

2、实现效果

1. 将.mp3文件解码转换为.pcm文件；（PCM数据时最原始的音频数据）；
2. 使用Qt重新实现，方便操作，便于使用；
3. 解决官方示例中解码失败程序会终止问题 ；
4. 关键步骤加上详细注释，比官方示例更便于学习。

• 实现效果如下：

  

3、主要代码

• 啥也不说了，直接上代码，一切有注释

• widget.h文件

  #ifndef WIDGET_H
  #define WIDGET_H
  
  #include 
  #include 
  
  QT_BEGIN_NAMESPACE
  namespace Ui { class Widget; }
  QT_END_NAMESPACE
  
  struct AVCodecParserContext;
  struct AVCodecContext;
  struct AVCodec;
  struct AVPacket;
  struct AVFrame;
  
  class Widget : public QWidget
  {
      Q_OBJECT
  
  public:
      Widget(QWidget *parent = nullptr);
      ~Widget();
  
  private slots:
  
      void on_but_in_clicked();
  
      void on_but_out_clicked();
  
      void on_but_start_clicked();
  
  private:
      int  initDecode();
      int  decode(QFile& fileOut);
      void showError(int err);
      void showLog(const QString& log);
  
  private:
      Ui::Widget *ui;
  
      AVCodecParserContext*   m_parserContex  = nullptr;             // 裸流解析器
      AVCodecContext*         m_context       = nullptr;             // 解码器上下文
      const AVCodec*          m_codec         = nullptr;             // 音频解码器
      AVPacket*               m_packet        = nullptr;             // 未解码的原始数据
      AVFrame*                m_frame         = nullptr;             // 解码后的数据帧
  };
  #endif // WIDGET_H
  
  

• widget.cpp文件

  #include "widget.h"
  #include "ui_widget.h"
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  
  extern "C" {        // 用C规则编译指定的代码
  #include 
  #include 
  #include 
  }
  
  #define AUDIO_INBUF_SIZE 20480
  #define AUDIO_REFILL_THRESH 4096
  
  Widget::Widget(QWidget *parent)
      : QWidget(parent)
      , ui(new Ui::Widget)
  {
      ui->setupUi(this);
  
      this->setWindowTitle(QString("使用libavcodec API的音频解码示例（mp3转pcm） V%1").arg(APP_VERSION));
  }
  
  Widget::~Widget()
  {
      delete ui;
  }
  
  /**
   * @brief    自定义非阻塞延时
   * @param ms
   */
  void msleep(int ms)
  {
      QEventLoop loop;
      QTimer::singleShot(ms, &loop, SLOT(quit()));
      loop.exec();
  
  }
  
  void Widget::showLog(const QString &log)
  {
      ui->textEdit->append(log);
  }
  
  /**
   * @brief        显示ffmpeg函数调用异常信息
   * @param err
   */
  void Widget::showError(int err)
  {
      static char m_error[1024];
      memset(m_error, 0, sizeof (m_error));        // 将数组置零
      av_strerror(err, m_error, sizeof (m_error));
      showLog(QString("Error：%1  %2").arg(err).arg(m_error));
  }
  
  /**
   * @brief 获取输入文件路径
   */
  void Widget::on_but_in_clicked()
  {
      QString strName = QFileDialog::getOpenFileName(this, "选择用于解码的.mp3音频文件~！", "/", "音频 (*.mp3);");
      if(strName.isEmpty())
      {
          return;
      }
      ui->line_fileIn->setText(strName);
  }
  
  /**
   * @brief 获取解码后的原始音频文件保存路径
   */
  void Widget::on_but_out_clicked()
  {
      QString strName = QFileDialog::getSaveFileName(this, "解码后数据保存到~！", "/", "原始音频 (*.pcm);");
      if(strName.isEmpty())
      {
          return;
      }
      ui->line_fileOut->setText(strName);
  }
  
  void Widget::on_but_start_clicked()
  {
      int ret = initDecode();
      if(ret < 0)
      {
          showError(ret);
      }
  
      avcodec_free_context(&m_context);   // 释放编解码器上下文和与之相关的所有内容，并将NULL写入提供的指针。
      av_parser_close(m_parserContex);
      av_frame_free(&m_frame);
      av_packet_free(&m_packet);
  }
  
  QString get_format_from_sample_fmt(int fmt)
  {
      typedef struct sample_fmt_entry {
          enum AVSampleFormat sample_fmt;
          QString fmt_be;          // 大端模式指令
          QString fmt_le;          // 小端模式指令
      }sample_fmt_entry;
  
      sample_fmt_entry sample_fmt_entryes[] = {
          { 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" },
      };
  
      for(int i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(sample_fmt_entryes); i++)
      {
          sample_fmt_entry entry = sample_fmt_entryes[i];
          if(fmt == entry.sample_fmt)
          {
              return AV_NE(entry.fmt_be, entry.fmt_le);   // AV_NE：判断大小端
          }
      }
  
      return QString();
  }
  /**
   * @brief   开始解码
   * @return
   */
  int Widget::initDecode()
  {
      QString strIn  = ui->line_fileIn->text();
      QString strOut = ui->line_fileOut->text();
      if(strIn.isEmpty() || strOut.isEmpty())
      {
          return AVERROR(ENOENT);        // 返回文件不存在的错误码
      }
  
      m_packet = av_packet_alloc();      // 创建一个AVPacket
      if(!m_packet)
      {
          return AVERROR(ENOMEM);        // 返回无法分配内存的错误码
      }
  
      m_frame = av_frame_alloc();      // 创建一个AVFrame
      if(!m_frame)
      {
          return AVERROR(ENOMEM);        // 返回无法分配内存的错误码
      }
  
      // 通过ID查询MPEG音频解码器
      m_codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_MP2);
      if(!m_codec)
      {
          return AVERROR(ENXIO);        // 找不到解码器
      }
  
      m_parserContex = av_parser_init(m_codec->id);
      if(!m_parserContex)
      {
          return AVERROR(ENOMEM);        // 解析器初始化失败
      }
  
      m_context = avcodec_alloc_context3(m_codec);  // 分配AVCodecContext并将其字段设置为默认值
      if(!m_context)
      {
          return AVERROR(ENOMEM);        // 解码器上下文创建失败
      }
  
      // 使用给定的AVCodec初始化AVCodecContext。
      int ret = avcodec_open2(m_context, m_codec, nullptr);
      if(ret < 0)
      {
          return ret;
      }
  
      // 打开输入文件
      QFile fileIn(strIn);
      if(!fileIn.open(QIODevice::ReadOnly))
      {
          return AVERROR(ENOENT);
      }
      // 打开输出文件
      QFile fileOut(strOut);
      if(!fileOut.open(QIODevice::WriteOnly))
      {
          return AVERROR(ENOENT);
      }
  
      showLog("开始解码！");
      msleep(1);
      QByteArray buf = fileIn.readAll();        // 读取所有数据
      char inbuf[AUDIO_INBUF_SIZE];
      while(buf.count() > 0)
      {
          int len = (buf.count() <= AUDIO_INBUF_SIZE) ? buf.count() : AUDIO_INBUF_SIZE;
          memcpy(inbuf, buf.data(), len);
          // 解析数据包
          ret = av_parser_parse2(m_parserContex, m_context, &m_packet->data, &m_packet->size,
                                 reinterpret_cast<const uchar*>(inbuf),        // 这里不能直接使用buf.data(),否则会出现[mp2 @ 000001c8dbd40b00] Multiple frames in a packet.
                                 len,
                                 AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE, 0);
          if(ret < 0)
          {
              break;
          }
          buf.remove(0, ret);  // 移除已解析的数据
  
          if(m_packet->size)
          {
              ret = decode(fileOut);
              if(ret < 0)
              {
  //                return ret;
              }
          }
      }
      m_packet->data = nullptr;
      m_packet->size = 0;
      decode(fileOut);               // 需要传入空的数据帧才可以将解码器中所有数据读取出来
  
      enum AVSampleFormat sfmt = m_context->sample_fmt;
      // 检查样本格式是否为平面
      if(av_sample_fmt_is_planar(sfmt))
      {
          const char* name = av_get_sample_fmt_name(sfmt);  // 获取音频样本格式名称
          showLog(QString("警告：解码器生成的样本格式是平面格式（%1）。此示例将仅输出第一个通道。").arg(name));
          sfmt = av_get_packed_sample_fmt(sfmt);   // 获取样本格式的替代格式
      }
  
      // 音频通道数
  #if FF_API_OLD_CHANNEL_LAYOUT
      int channels = m_context->channels;
  #else
      int channels = m_context->ch_layout.nb_channels;
  #endif
      QString strFmt = get_format_from_sample_fmt(sfmt);
      if(!strFmt.isEmpty())
      {
          showLog(QString("使用下列命令播放输出音频文件！\n"
                          "ffplay -f %1 -ac %2 -ar %3 %4\n")
                          .arg(strFmt).arg(channels)
                          .arg(m_context->sample_rate).arg(strOut));
      }
  
      return 0;
  }
  
  /**
   * @brief           解码并写入文件
   * @param fileOut
   * @return
   */
  int Widget::decode(QFile &fileOut)
  {
      // 将包含压缩数据的数据包发送到解码器
      int ret = avcodec_send_packet(m_context, m_packet);   // 注意：官方Demo中这里如果返回值<0则终止程序，由于数据中有mp3文件头，所以一开始会有返回值<0的情况
  
      // 读取所有输出帧（通常可以有任意数量的输出帧
      while (ret >= 0)
      {
          // 读取解码后的数据帧
          int ret = avcodec_receive_frame(m_context, m_frame);
          if(ret == AVERROR(EAGAIN)   // 资源暂时不可用
          || ret == AVERROR_EOF)      // 文件末尾
          {
              return 0;
          }
          else if(ret < 0)
          {
              return ret;
          }
  
          // 返回每个样本的字节数。例如格式为AV_SAMPLE_FMT_U8，则字节数为1字节
          int size = av_get_bytes_per_sample(m_context->sample_fmt);   // 返回值不会小于0
          for(int i = 0; i < m_frame->nb_samples; ++i)   // 音频样本数（采样率）
          {
  #if FF_API_OLD_CHANNEL_LAYOUT
              for(int j = 0; j < m_context->channels; ++j)         // 5.1.2以后版本会弃用channels
  #else
              for(int j = 0; j < m_context->ch_layout.nb_channels; ++j)
  #endif
              {
                  fileOut.write((const char*)(m_frame->data[j] + size * i), size);
              }
          }
      }
      return 0;
  }
  
  

4、完整源代码

• github
• gitee