![[转]AMR音频编解码](/0.jpg)
目录1. 概述2. AMR编码3. AMR解码4. AMR帧读取算法5. 参考资料 1. 概述现在很多智能手机都支持多媒体功能，特别是音频和视频播放功能，而AMR文件格式是手机端普遍支持的音频文件格式。 AMR，全称是：Adaptive Multi-Rate，自适应多速率，是一种音频编码文件格式，专用于有效地压缩语音频率。 AMR音频主要用于移动设备的音频压缩，压缩比非常高，但是音质比较差，主要用于语音类的音频压缩，不适合对音质要求较高的音乐类音频的压缩。 AMR的编解码是基于“3GPP AMR Floating-point Speech Codec”来做的，3GPP还专门开放了基于ANSI-C实现的编解码代码，便于我们在各种平台上进行移植。 #ifndef amrFileCodec_h#define amrFileCodec_h #define AMR_MAGIC_NUMBER "#!AMR\n" #define PCM_FRAME_SIZE 160 // 8khz 8000*0.02=160#define MAX_AMR_FRAME_SIZE 32#define AMR_FRAME_COUNT_PER_SECOND 50//int amrEncodeMode[] = {4750, 5150, 5900, 6700, 7400, 7950, 10200, 12200}; // amr 编码方式 typedef struct{ char chChunkID[4]; int nChunkSize;}XCHUNKHEADER; typedef struct{ short nFormatTag; short nChannels; int nSamplesPerSec; int nAvgBytesPerSec; short nBlockAlign; short nBitsPerSample;}WAVEFORMAT; typedef struct{ short nFormatTag; short nChannels; int nSamplesPerSec; int nAvgBytesPerSec; short nBlockAlign; short nBitsPerSample; short nExSize;}WAVEFORMATX; typedef struct{ char chRiffID[4]; int nRiffSize; char chRiffFormat[4];}RIFFHEADER; typedef struct{ char chFmtID[4]; int nFmtSize; WAVEFORMAT wf;}FMTBLOCK; // WAVE音频采样频率是8khz // 音频样本单元数 = 8000*0.02 = 160 (由采样频率决定)// 声道数 1 : 160// 2 : 160*2 = 320// bps决定样本(sample)大小// bps = 8 --> 8位 unsigned char// 16 --> 16位 unsigned shortint EncodeWAVEFileToAMRFile(const char* pchWAVEFilename, const char* pchAMRFileName, int nChannels, int nBitsPerSample); // 将AMR文件解码成WAVE文件int DecodeAMRFileToWAVEFile(const char* pchAMRFileName, const char* pchWAVEFilename); #endif
2. AMR编码3GPP提供了编码代码，并提供了一个encoder.c程序，该程序示范了如何对一个16位的单声道PCM数据进行压缩的。（采样频率必须是8khz） 我对该程序进行一定的拓展，数据位支持8位和16位，可以是单声道和双声道。 l 对于8位PCM只需要将每个采样的sample数据位扩展成16位，并左移7位。l 对于双声道，可以只对左声道数据进行处理，也可以只对右声道数据进行处理，或者将左右声道数据求平均值就可。 这样两个小处理，就可以将PCM规范成3PGG的编码器需要的数据格式。 代码在 amrFileEncoder.c 中。 #include "amrFileCodec.h" // 从WAVE文件中跳过WAVE文件头，直接到PCM音频数据void SkipToPCMAudioData(FILE* fpwave){ RIFFHEADER riff; FMTBLOCK fmt; XCHUNKHEADER chunk; WAVEFORMATX wfx; int bDataBlock = 0; // 1. 读RIFF头 fread(&riff, 1, sizeof(RIFFHEADER), fpwave); // 2. 读FMT块 - 如果 fmt.nFmtSize>16 说明需要还有一个附属大小没有读 fread(&chunk, 1, sizeof(XCHUNKHEADER), fpwave); if ( chunk.nChunkSize>16 ) { fread(&wfx, 1, sizeof(WAVEFORMATX), fpwave); } else { memcpy(fmt.chFmtID, chunk.chChunkID, 4); fmt.nFmtSize = chunk.nChunkSize; fread(&fmt.wf, 1, sizeof(WAVEFORMAT), fpwave); } // 3.转到data块 - 有些还有fact块等。 while(!bDataBlock) { fread(&chunk, 1, sizeof(XCHUNKHEADER), fpwave); if ( !memcmp(chunk.chChunkID, "data", 4) ) { bDataBlock = 1; break; } // 因为这个不是data块,就跳过块数据 fseek(fpwave, chunk.nChunkSize, SEEK_CUR); }} // 从WAVE文件读一个完整的PCM音频帧// 返回值: 0-错误 >0: 完整帧大小int ReadPCMFrame(short speech[], FILE* fpwave, int nChannels, int nBitsPerSample){ int nRead = 0; int x = 0, y=0; unsigned short ush1=0, ush2=0, ush=0; // 原始PCM音频帧数据 unsigned char pcmFrame_8b1[PCM_FRAME_SIZE]; unsigned char pcmFrame_8b2[PCM_FRAME_SIZE<<1]; unsigned short pcmFrame_16b1[PCM_FRAME_SIZE]; unsigned short pcmFrame_16b2[PCM_FRAME_SIZE<<1]; if (nBitsPerSample==8 && nChannels==1) { nRead = fread(pcmFrame_8b1, (nBitsPerSample/8), PCM_FRAME_SIZE*nChannels, fpwave); for(x=0; x
3. AMR解码3GPP提供了解码代码，并提供了一个decoder.c程序，该程序示范了如何对amr音频进行解码。解码成一个wave文件（8khz 16位单声道）。 解码是需要注意AMR坏帧的处理。在AMR读帧算法中有说明。 文件解码器代码在 amrFileDecoder.c 中。 #include "amrFileCodec.h" void WriteWAVEFileHeader(FILE* fpwave, int nFrame){ char tag[10] = ""; // 1. 写RIFF头 strcpy(tag, "RIFF"); memcpy(riff.chRiffID, tag, 4); riff.nRiffSize = 4 // WAVE + sizeof(XCHUNKHEADER) // fmt + sizeof(WAVEFORMATX) // WAVEFORMATX + sizeof(XCHUNKHEADER) // DATA + nFrame*160*sizeof(short); // strcpy(tag, "WAVE"); memcpy(riff.chRiffFormat, tag, 4); fwrite(&riff, 1, sizeof(RIFFHEADER), fpwave); // 2. 写FMT块 strcpy(tag, "fmt "); memcpy(chunk.chChunkID, tag, 4); chunk.nChunkSize = sizeof(WAVEFORMATX); fwrite(&chunk, 1, sizeof(XCHUNKHEADER), fpwave); memset(&wfx, 0, sizeof(WAVEFORMATX)); wfx.nFormatTag = 1; wfx.nChannels = 1; // 单声道 wfx.nSamplesPerSec = 8000; // 8khz wfx.nAvgBytesPerSec = 16000; wfx.nBlockAlign = 2; wfx.nBitsPerSample = 16; // 16位 fwrite(&wfx, 1, sizeof(WAVEFORMATX), fpwave); // 3. 写data块头 strcpy(tag, "data"); memcpy(chunk.chChunkID, tag, 4); chunk.nChunkSize = nFrame*160*sizeof(short); fwrite(&chunk, 1, sizeof(XCHUNKHEADER), fpwave);} const int round(const double x){ return((int)(x+0.5));} // 根据帧头计算当前帧大小int caclAMRFrameSize(unsigned char frameHeader){ int mode; int temp1 = 0; int temp2 = 0; int frameSize; temp1 = frameHeader; // 编码方式编号 = 帧头的3-6位 temp1 &= 0x78; // 0111-1000 temp1 >>= 3; mode = amrEncodeMode[temp1]; // 计算amr音频数据帧大小 // 原理: amr 一帧对应20ms，那么一秒有50帧的音频数据 temp2 = round((double)(((double)mode / (double)AMR_FRAME_COUNT_PER_SECOND) / (double)8)); frameSize = round((double)temp2 + 0.5); return frameSize;} // 读第一个帧 - (参考帧)// 返回值: 0-出错; 1-正确int ReadAMRFrameFirst(FILE* fpamr, unsigned char frameBuffer[], int* stdFrameSize, unsigned char* stdFrameHeader){ memset(frameBuffer, 0, sizeof(frameBuffer)); // 先读帧头 fread(stdFrameHeader, 1, sizeof(unsigned char), fpamr); if (feof(fpamr)) return 0; // 根据帧头计算帧大小 *stdFrameSize = caclAMRFrameSize(*stdFrameHeader); // 读首帧 frameBuffer[0] = *stdFrameHeader; fread(&(frameBuffer[1]), 1, (*stdFrameSize-1)*sizeof(unsigned char), fpamr); if (feof(fpamr)) return 0; return 1;} // 返回值: 0-出错; 1-正确int ReadAMRFrame(FILE* fpamr, unsigned char frameBuffer[], int stdFrameSize, unsigned char stdFrameHeader){ int bytes = 0; unsigned char frameHeader; // 帧头 memset(frameBuffer, 0, sizeof(frameBuffer)); // 读帧头 // 如果是坏帧(不是标准帧头)，则继续读下一个字节，直到读到标准帧头 while(1) { bytes = fread(&frameHeader, 1, sizeof(unsigned char), fpamr); if (feof(fpamr)) return 0; if (frameHeader == stdFrameHeader) break; } // 读该帧的语音数据(帧头已经读过) frameBuffer[0] = frameHeader; bytes = fread(&(frameBuffer[1]), 1, (stdFrameSize-1)*sizeof(unsigned char), fpamr); if (feof(fpamr)) return 0; return 1;} // 将AMR文件解码成WAVE文件int DecodeAMRFileToWAVEFile(const char* pchAMRFileName, const char* pchWAVEFilename){ FILE* fpamr = NULL; FILE* fpwave = NULL; char magic[8]; int * destate; int nFrameCount = 0; int stdFrameSize; unsigned char stdFrameHeader; unsigned char amrFrame[MAX_AMR_FRAME_SIZE]; short pcmFrame[PCM_FRAME_SIZE]; fpamr = fopen(pchAMRFileName, "rb"); if ( fpamr==NULL ) return 0; // 检查amr文件头 fread(magic, sizeof(char), strlen(AMR_MAGIC_NUMBER), fpamr); if (strncmp(magic, AMR_MAGIC_NUMBER, strlen(AMR_MAGIC_NUMBER))) { fclose(fpamr); return 0; } // 创建并初始化WAVE文件 fpwave = fopen(pchWAVEFilename, "wb"); WriteWAVEFileHeader(fpwave, nFrameCount); /* init decoder */ destate = Decoder_Interface_init(); // 读第一帧 - 作为参考帧 memset(amrFrame, 0, sizeof(amrFrame)); memset(pcmFrame, 0, sizeof(pcmFrame)); ReadAMRFrameFirst(fpamr, amrFrame, &stdFrameSize, &stdFrameHeader); // 解码一个AMR音频帧成PCM数据 Decoder_Interface_Decode(destate, amrFrame, pcmFrame, 0); nFrameCount++; fwrite(pcmFrame, sizeof(short), PCM_FRAME_SIZE, fpwave); // 逐帧解码AMR并写到WAVE文件里 while(1) { memset(amrFrame, 0, sizeof(amrFrame)); memset(pcmFrame, 0, sizeof(pcmFrame)); if (!ReadAMRFrame(fpamr, amrFrame, stdFrameSize, stdFrameHeader)) break; // 解码一个AMR音频帧成PCM数据 (8k-16b-单声道) Decoder_Interface_Decode(destate, amrFrame, pcmFrame, 0); nFrameCount++; fwrite(pcmFrame, sizeof(short), PCM_FRAME_SIZE, fpwave); } Decoder_Interface_exit(destate); fclose(fpwave); // 重写WAVE文件头 fpwave = fopen(pchWAVEFilename, "r+"); WriteWAVEFileHeader(fpwave, nFrameCount); fclose(fpwave); return nFrameCount;}
4. AMR帧读取算法因为可能存在异常帧，所以不一定所有的语音帧大小一致，对于跟正常帧大小不一致的，或者帧头跟正常帧头不一致的，就不交给解码器，直接抛弃该坏帧。 读取帧的算法，用C语言来编写，readAMRFrame.c，JAVA可以用类似的方法。下面是算法描述流程图。读首帧(标准帧)ReadFirstAMRFrame根据帧头计算标准帧的大小caclAMRFrameSizeAMR音频文件流读帧头（字节）frameHeader判断是否为坏帧？YN读本帧音频数据帧头 + 音频数据 = 当前帧数据
5. 参考资料l rfc3267http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3267.txthttp://ietfreport.isoc.org/rfc/PDF/rfc3267.pdfl 3GPP TS 26.104 V 6.1.0 (2004-03)http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/26104-CRs.html 3GPP AMR Floating-point Speech Codechttp://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/26104.html “amr编程汇总”http://blog.csdn.net/windcao/archive/2006/01/04/570348.aspxl 关于AMR文件格式的解释http://www.mcublog.com/blog/user1/11409/archives/2006/16832.htmll
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