在.NET中使用Speex -- 音频数据编解码

 　　Speex是一套开源的音频编解码库，最新版本还包含了回音消除和防抖动等功能，如果我们想开发语音聊天或视频会议这样的系统，Speex将是一个不错的选择。到  http://www.speex.org可以下载Speex的源码（编译后的dll为libspeex.dll），最新版本为1.2。不过源码是用C++开发的，直接在.NET中使用会有诸多不便，为此，我用C#将其封装，使得编解码的调用相当简单。

　　由于Speex原始导出的API不是很方便C#调用，所以，在用C#封装之前，先要用C++对Speex的原始API进行简化，新建一个名为Speex的VC项目，然后引用libspeex.dll的相关库文件，添加cpp文件后，复制下列源码到文件中：

#include  " speex\speex.h "
#include  < windows.h >
#include  < stdio.h >
#include  < stdlib.h >

#include  " speex/speex_echo.h "
#include  " speex/speex_preprocess.h "  
#include  " Speex.h "

#define  FRAME_SIZE 160

float  encoder_input[FRAME_SIZE];
void   * encoder_state;
SpeexBits encoder_bits;

BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, 
                       DWORD  ul_reason_for_call, 
                       LPVOID lpReserved
                     )
{
     return  TRUE;
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  encoder_init( int  quality)
{
    encoder_state  =  speex_encoder_init( & speex_nb_mode);
    speex_encoder_ctl(encoder_state, SPEEX_SET_QUALITY,  & quality);
    speex_bits_init( & encoder_bits);
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  encoder_dispose()
{
    speex_encoder_destroy(encoder_state);
    speex_bits_destroy( & encoder_bits);
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  int  encoder_encode( const   short   * data,  char   * output)
{
     for  ( int  i  =   0 ; i  <  FRAME_SIZE; i ++ )
        encoder_input[i]  =  data[i];
    speex_bits_reset( & encoder_bits);
    speex_encode(encoder_state, encoder_input,  & encoder_bits);
     return  speex_bits_write( & encoder_bits, output,  200 );
}

float  decoder_output[FRAME_SIZE];
void   * decoder_state;
SpeexBits decoder_bits;

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  decoder_init()
{
    decoder_state  =  speex_decoder_init( & speex_nb_mode);
     int  tmp  =   1 ;
    speex_decoder_ctl(decoder_state, SPEEX_SET_ENH,  & tmp);
    speex_bits_init( & decoder_bits);
}
extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  decoder_dispose()
{
    speex_decoder_destroy(decoder_state);
    speex_bits_destroy( & decoder_bits);
}
extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  decoder_decode( int  nbBytes,  char   * data,  short   * output)
{
    speex_bits_read_from( & decoder_bits, data, nbBytes);
    speex_decode(decoder_state,  & decoder_bits, decoder_output);
     for  ( int  i  =   0 ; i  <  FRAME_SIZE; i ++ )
    {
        output[i]  =  decoder_output[i];
    }
}

/* **************************************************  回音消除 ************************************* */

bool       m_bSpeexEchoHasInit;
SpeexEchoState *    m_SpeexEchoState;
SpeexPreprocessState *  m_pPreprocessorState;
int       m_nFilterLen;
int       m_nSampleRate;
float *    m_pfNoise;

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  SpeexEchoCapture( short *  input_frame,  short *  output_frame)
{
    speex_echo_capture(m_SpeexEchoState, input_frame, output_frame);
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  SpeexEchoPlayback( short *  echo_frame)
{
    speex_echo_playback(m_SpeexEchoState, echo_frame);
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  SpeexEchoReset()
{
     if  (m_SpeexEchoState  !=  NULL)
    {
        speex_echo_state_destroy(m_SpeexEchoState);
        m_SpeexEchoState  =  NULL;
    }
     if  (m_pPreprocessorState  !=  NULL)
    {
        speex_preprocess_state_destroy(m_pPreprocessorState);
        m_pPreprocessorState  =  NULL;
    }
     if  (m_pfNoise  !=  NULL)
    {
        delete []m_pfNoise;
        m_pfNoise  =  NULL;
    }
    m_bSpeexEchoHasInit  =   false ;
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  SpeexEchoInit( int  filter_length,  int  sampling_rate , bool  associatePreprocesser)
{
    SpeexEchoReset(); 

     if  (filter_length <= 0   ||  sampling_rate <= 0 )
    {
      m_nFilterLen   =   160 * 8 ;
      m_nSampleRate  =   8000 ;
    }
     else
    {
      m_nFilterLen   =  filter_length;
      m_nSampleRate  =  sampling_rate;
    }

    m_SpeexEchoState  =  speex_echo_state_init(FRAME_SIZE, m_nFilterLen);
    m_pPreprocessorState  =  speex_preprocess_state_init(FRAME_SIZE, m_nSampleRate);
     if (associatePreprocesser)
    {
        speex_preprocess_ctl(m_pPreprocessorState, SPEEX_PREPROCESS_SET_ECHO_STATE,m_SpeexEchoState);
    }
    m_pfNoise  =   new   float [FRAME_SIZE + 1 ];
    m_bSpeexEchoHasInit  =   true ;
}

extern   " C "  __declspec(dllexport)  void  SpeexEchoDoAEC( short *  mic,  short *   ref ,  short *   out )
{
     if  ( ! m_bSpeexEchoHasInit)
    {
       return ;
    }

    speex_echo_cancellation(m_SpeexEchoState,( const  __int16  * ) mic,( const  __int16  * )  ref ,(__int16  * )  out );
     }

复制代码

　　编译便生成Speex.dll。

　　如果对VC不熟悉也没关系，文末会直接给出libspeex.dll和Speex.dll的下载，直接使用就OK了。

 

　　现在，C#可以调用Speex.dll导出的简单函数了，最终封装的源码如下：

    ///   <summary>
     ///  对Speex的C#封装。
     ///  zhuweisky 2010.05.13
     ///   </summary>
     public   class  Speex :IAudioCodec
    {
         private   const   int  FrameSize  =   160 ;

         #region  IsDisposed
         private   volatile   bool  isDisposed  =   false ;
         public   bool  IsDisposed
        {
             get  {  return  isDisposed; }
        } 
         #endregion

         #region  Ctor
         ///   <summary>
         ///  初始化。
         ///   </summary>
         ///   <param name="quality"> 编码质量，取值0~10 </param>
         public  Speex( int  quality)
        {
             if  (quality  <   0   ||  quality  >   10 )
            {
                 throw   new  Exception( " quality value must be between 0 and 10. " );
            }

            Speex.encoder_init(quality);
            Speex.decoder_init();
        }
         #endregion

         #region  Dispose
         public   void  Dispose()
        {
             this .isDisposed  =   true ;
            System.Threading.Thread.Sleep( 100 );
            Speex.decoder_dispose();
            Speex.encoder_dispose();
        }
         #endregion

         #region  Encode
         ///   <summary>
         ///  将采集到的音频数据进行编码。
         ///   </summary>        
         public   byte [] Encode( byte [] data)
        {
             if  ( this .isDisposed)
            {
                 return   null ;
            }

             if  (data.Length  %  (FrameSize  *   2 )  !=   0 )
            {
                 throw   new  ArgumentException( " Invalid Data Length. " );
            }

             int  nbBytes;
             short [] input  =   new   short [FrameSize];
             byte [] buffer  =   new   byte [ 200 ];
             byte [] output  =   new   byte [ 0 ];
             for  ( int  i  =   0 ; i  <  data.Length  /  (FrameSize  *   2 ); i ++ )
            {
                 for  ( int  j  =   0 ; j  <  input.Length; j ++ )
                {
                    input[j]  =  ( short )(data[i  *  FrameSize  *   2   +  j  *   2 ]  +  data[i  *  FrameSize  *   2   +  j  *   2   +   1 ]  *   0x100 );
                }

                nbBytes  =  Speex.encoder_encode(input, buffer);
                Array.Resize < byte > ( ref  output, output.Length  +  nbBytes  +   sizeof ( int ));
                Array.Copy(buffer,  0 , output, output.Length  -  nbBytes, nbBytes);

                 for  ( int  j  =   0 ; j  <   sizeof ( int ); j ++ )
                {
                    output[output.Length  -  nbBytes  -   sizeof ( int )  +  j]  =  ( byte )(nbBytes  %   0x100 );
                    nbBytes  /=   0x100 ;
                }
            }
             return  output;
        }
         #endregion

         #region  Decode
         ///   <summary>
         ///  将编码后的数据进行解码得到原始的音频数据。
         ///   </summary>       
         public   byte [] Decode( byte [] data)
        {
             if  ( this .isDisposed)
            {
                 return   null ;
            }

             int  nbBytes, index  =   0 ;
             byte [] input;
             short [] buffer  =   new   short [FrameSize];
             byte [] output  =   new   byte [ 0 ];
             while  (index  <  data.Length)
            {
                nbBytes  =   0 ;
                index  +=   sizeof ( int );
                 for  ( int  i  =   1 ; i  <=   sizeof ( int ); i ++ )
                    nbBytes  =  nbBytes  *   0x100   +  data[index  -  i];
                input  =   new   byte [nbBytes];
                Array.Copy(data, index, input,  0 , input.Length);
                index  +=  input.Length;
                Speex.decoder_decode(nbBytes, input, buffer);
                Array.Resize < byte > ( ref  output, output.Length  +  FrameSize  *   2 );
                 for  ( int  i  =   0 ; i  <  FrameSize; i ++ )
                {
                    output[output.Length  -  FrameSize  *   2   +  i  *   2 ]  =  ( byte )(buffer[i]  %   0x100 );
                    output[output.Length  -  FrameSize  *   2   +  i  *   2   +   1 ]  =  ( byte )(buffer[i]  /   0x100 );
                }
            }
             return  output;
        }
         #endregion

         #region  Pinvoke
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " encoder_init " )]
         internal   extern   static   void  encoder_init( int  quality);
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " encoder_dispose " )]
         internal   extern   static   void  encoder_dispose();
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " encoder_encode " )]
         internal   extern   static   int  encoder_encode( short [] data,  byte [] output);
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " decoder_init " )]
         internal   extern   static   void  decoder_init();
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " decoder_dispose " )]
         internal   extern   static   void  decoder_dispose();
        [DllImport( " Speex.dll " , EntryPoint  =   " decoder_decode " )]
         internal   extern   static   void  decoder_decode( int  nbBytes,  byte [] data,  short [] output);      
         #endregion
    }

复制代码

 

    只有四个方法：Initialize、Encode、Decode、Dispose。方法参数的含义也非常明显。

　 一般音频对话的整个流程是这样的：采集 -> 编码 -> 网络传输 -> 解码 -> 播放。

　 而该封装的Speex类解决了这个过程中的音频编码和解码的问题。你可以复制该源码到你的项目，并将从http://www.speex.org下载的speex.dll放到运行目录下，就可以正常地使用SPEEX的编解码功能了。

　 关于Speex更高级的功能，我正在研究中，有兴趣的朋友可以email给我一起探讨。　　

 

　　下载 libspeex.dll和Speex.dll。

 

　　

分类: C#专栏