【音视频 | opus】opus编解码库(opus-1.4)详细介绍以及使用——附带解码示例代码-CSDN博客

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一、概述

Opus是一款完全开放、免版税、高度通用的音频编解码器。Opus在互联网上的交互式语音和音乐传输方面无与伦比但也适用于存储和流媒体应用。它被互联网工程任务组IETF标准化为 RFC 6716它结合了Skype的SILK编解码器和Xiph.Org的CELT编解码器的技术。

Opus可以处理广泛的音频应用程序包括IP语音、视频会议、游戏内聊天甚至远程现场音乐表演。它可以从低比特率的窄带语音扩展到非常高质量的立体声音乐。支持的功能包括

• 比特率从6 kb/s到510 kb/s

• 采样率从8kHz窄带到48kHz全频带

• 帧大小从2.5毫秒到60毫秒

• 支持恒定比特率CBR和可变比特率VBR

• 从窄带到全频带的音频带宽

• 支持语音和音乐

• 支持单声道和立体声

• 最多支持255个通道多流帧

• 可动态调整的比特率、音频带宽和帧大小

• 良好的丢失鲁棒性和丢包隐藏性PLC

• 浮点和定点实现

需要了解更多opus的内容可以到opus官网https://www.opus-codec.org 。

API手册Opus audio codec (RFC 6716): API and operations manual 1.1.3

二、opus 库编译

下载 opus 库点击链接https://www.opus-codec.org/downloads/本文下载的是opus-1.4.tar.gz。

✨2.1 编译环境

$ uname -a
Linux ubuntu 4.4.0-128-generic #154~14.04.1-Ubuntu SMP Fri May 25 14:58:51 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 14.04.5 LTS
Release:        14.04
Codename:       trusty

$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.8/lto-wrapper
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.4' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.8/README.Bugs --enable-languages=c,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.8 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.8 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --disable-libmudflap --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.8.4 (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.4) 

✨2.2 opus-1.4 库编译

tar zxvf opus-1.4.tar.gz
cd opus-1.4/
./configure --prefix=`pwd`/result_gcc
make && make install

✨2.3 opus_demo 使用

opus-1.4 库编译之后在opus-1.4/.libs目录会出现一个名为 opus_demo 的可执行程序该程序的源码在opus-1.4/src/opus_demo.c 路径。

opus_demo 是演示 opus-1.4 库 API 函数的一个demo功能是将PCM音频文件编码成opus数据或者将opus数据解码成PCM文件。注意它编码出来的opus并不能直接使用VLC播放因为只是一些数据包并没有封装成VLC可识别的音频文件。

使用下面命令进行opus编码这里将48000Hz-16bit-2ch-ChengDu.pcm作为输入文件输入采样率48000、通道数2、510000的比特流最后编码输出 opus_demo.out 文件

./opus_demo -e audio 48000 2 510000 48000Hz-16bit-2ch-ChengDu.pcm opus_demo.out

使用下面命令可以将上面的输出文件opus_demo.out还原回PCM音频文件opus_demo_dec.pcm

./opus_demo -d 48000 2 opus_demo.out opus_demo_dec.pcm

三、opus-1.4 库函数介绍

opus-1.4 的库函数都在 opus.h 头文件中库函数总共分为下面6个部分在头文件搜索defgroup可以依次跳到各个部分开头现在只有前三个部分。

• opus_encoder 编码相关
• opus_decoder 解码相关
• opus_repacketizer 重新打包器相关
• opus_multistream
• opus_libinfo
• opus_custom

每个API函数在 opus.h 头文件中都要详细的英文解释部分函数还有实例代码如果还有不懂就看opus_demo.c的代码也有助于清楚怎么使用。

下面摘取个别常用的库函数:

✨3.1 opus 编码相关库函数

int opus_encoder_get_size(int channels);
功能获取一个 OpusEncoder 结构体的大小
参数
	channels通道数必须1或2
返回值以字节为单位的大小

//---------------------------------------
OpusEncoder *opus_encoder_create(opus_int32 Fs, int channels, int application, int *error);
功能分配并初始化编码器状态
参数
	Fs采样率必须是 8000, 12000, 16000, 24000, 48000 之一
	channels声道数1或2
	applicationOPUS_APPLICATION_VOIP 或 OPUS_APPLICATION_AUDIO 或 PUS_APPLICATION_RESTRICTED_LOWDELAY
	error输出参数错误码
返回值成功返回编码器指针失败返回NULL

//---------------------------------------
int opus_encoder_init(OpusEncoder *st, opus_int32 Fs, int channels, int application);
功能初始化之前分配的编码器状态

//---------------------------------------
opus_int32 opus_encode(OpusEncoder *st, const opus_int16 *pcm, int frame_size, unsigned char *data, opus_int32 max_data_bytes);
功能编码一个Opus帧

//---------------------------------------
opus_int32 opus_encode_float(OpusEncoder *st, const float *pcm, int frame_size, unsigned char *data, opus_int32 max_data_bytes);
功能从浮点输入编码一个Opus帧

//---------------------------------------
void opus_encoder_destroy(OpusEncoder *st);
功能释放 opus_encoder_create 分配的 OpusEncoder 指针

//---------------------------------------
int opus_encoder_ctl(OpusEncoder *st, int request, ...);
功能在Opus编码器上执行控制功能。

✨3.2 opus 解码相关库函数

int opus_decoder_get_size(int channels);
功能获取一个 OpusDecoder 结构体的大小
参数
	channels通道数必须1或2
返回值以字节为单位的大小

//---------------------------------------
OpusDecoder *opus_decoder_create(opus_int32 Fs,int channels,int *error);
功能分配并初始化解码器状态
参数
	Fs采样率必须是 8000, 12000, 16000, 24000, 48000 之一
	channels声道数1或2
	error输出参数错误码
返回值成功返回解码器指针失败返回NULL

//---------------------------------------
int opus_decoder_init(OpusDecoder *st, opus_int32 Fs, int channels);
功能初始化之前分配的解码器状态

//---------------------------------------
int opus_decode(OpusDecoder *st, const unsigned char *data, opus_int32 len,
    opus_int16 *pcm, int frame_size, int decode_fec);
功能解码一个Opus数据包。

//---------------------------------------
int opus_decode_float(OpusDecoder *st, const unsigned char *data, opus_int32 len,
    float *pcm, int frame_size, int decode_fec);
功能用浮点输出解码一个Opus数据包。

//---------------------------------------
int opus_decoder_ctl(OpusDecoder *st, int request, ...);
功能在Opus解码器上执行控制功能。

//---------------------------------------
void opus_decoder_destroy(OpusDecoder *st);
功能释放 opus_decoder_create分配的 OpusDecoder 指针

//---------------------------------------
int opus_packet_parse(const unsigned char *data,opus_int32 len, unsigned char *out_toc,
   const unsigned char *frames[48],opus_int16 size[48],int *payload_offset);

//---------------------------------------  
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_bandwidth(const unsigned char *data) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples per frame from an Opus packet.
  * @param [in] data <tt>char*</tt>: Opus packet.
  *                                  This must contain at least one byte of
  *                                  data.
  * @param [in] Fs <tt>opus_int32</tt>: Sampling rate in Hz.
  *                                     This must be a multiple of 400, or
  *                                     inaccurate results will be returned.
  * @returns Number of samples per frame.
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_samples_per_frame(const unsigned char *data, opus_int32 Fs) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of channels from an Opus packet.
  * @param [in] data <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @returns Number of channels
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_channels(const unsigned char *data) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of frames in an Opus packet.
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @returns Number of frames
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_frames(const unsigned char packet[], opus_int32 len) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples of an Opus packet.
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @param [in] Fs <tt>opus_int32</tt>: Sampling rate in Hz.
  *                                     This must be a multiple of 400, or
  *                                     inaccurate results will be returned.
  * @returns Number of samples
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_packet_get_nb_samples(const unsigned char packet[], opus_int32 len, opus_int32 Fs) OPUS_ARG_NONNULL(1);

/** Gets the number of samples of an Opus packet.
  * @param [in] dec <tt>OpusDecoder*</tt>: Decoder state
  * @param [in] packet <tt>char*</tt>: Opus packet
  * @param [in] len <tt>opus_int32</tt>: Length of packet
  * @returns Number of samples
  * @retval OPUS_BAD_ARG Insufficient data was passed to the function
  * @retval OPUS_INVALID_PACKET The compressed data passed is corrupted or of an unsupported type
  */
OPUS_EXPORT OPUS_WARN_UNUSED_RESULT int opus_decoder_get_nb_samples(const OpusDecoder *dec, const unsigned char packet[], opus_int32 len) OPUS_ARG_NONNULL(1) OPUS_ARG_NONNULL(2);

/** Applies soft-clipping to bring a float signal within the [-1,1] range. If
  * the signal is already in that range, nothing is done. If there are values
  * outside of [-1,1], then the signal is clipped as smoothly as possible to
  * both fit in the range and avoid creating excessive distortion in the
  * process.
  * @param [in,out] pcm <tt>float*</tt>: Input PCM and modified PCM
  * @param [in] frame_size <tt>int</tt> Number of samples per channel to process
  * @param [in] channels <tt>int</tt>: Number of channels
  * @param [in,out] softclip_mem <tt>float*</tt>: State memory for the soft clipping process (one float per channel, initialized to zero)
  */
OPUS_EXPORT void opus_pcm_soft_clip(float *pcm, int frame_size, int channels, float *softclip_mem);

四、opus 解码流程及源码

opus 解码流程
1、创建 opus 解码器opus_decoder_create
2、配置 opus 解码器opus_decoder_ctl
3、取出 opus 包
4、使用 opus_decode 函数对 opus 包解码

示例代码

/**
 * @file opusDec.h
 * @author wkd_007
 * @date 2023-10-27 15:47:38
 */
#ifndef	__OPUS_DEC_H__
#define __OPUS_DEC_H__

#include "opus/opus.h"

#define MAX_OPUS_DEC_FRAME  48000   // opus解码最大采样点个数如果个数时间小于120ms可能停止解码这里设置1000ms的个数
#define OPUS_DEC_CHANNELS   2
class COpusDec
{
public:
    COpusDec();
    ~COpusDec();

    int CreateOpusDecoder(int sampleRate, int channels);
    int OpusDecode(unsigned char* in_data, int in_len, short *out_buf);

private:
    OpusDecoder *decoder;   // opus 解码器指针
    int sample_rate;        // 采样率
    int channel_num;        // 通道数
};
#endif// __OPUS_DEC_H__

/**
 * @file 	opusDec.cpp
 * @author 	wkd_007
 * @brief 	opus 解码
 * @date 	2023-10-27 15:38:43
 */

#include <stdio.h>
#include "opusDec.h"

COpusDec::COpusDec()
{
	decoder = NULL;
	sample_rate = 0;
	channel_num = 0;
}

COpusDec::~COpusDec()
{
	sample_rate = 0;
	channel_num = 0;
	if(decoder)
	{
		opus_decoder_destroy(decoder);
		decoder = NULL;
	}
}

int COpusDec::CreateOpusDecoder(int sampleRate, int channels)
{
	int err = 0;
    decoder = opus_decoder_create(sampleRate, channels, &err);
	if(err != OPUS_OK || decoder == NULL)
    {
        printf("[%s %d]err=%d decoderIsNULL=%d\n",__FILE__,__LINE__,err, decoder == NULL);
        return -1;
	}
    opus_decoder_ctl(decoder, OPUS_SET_LSB_DEPTH(16));
    sample_rate = sampleRate;
    channel_num = channels;
	return err;
}

int COpusDec::OpusDecode(unsigned char* in_data, int in_len, short *out_buf)
{
	if(decoder == NULL)
		return -1;
    int frame_size = opus_decode(decoder, in_data, in_len, out_buf, MAX_OPUS_DEC_FRAME, 0);
    if (frame_size < 0)
    {
       printf("[%s %d] frame_size=%d in_len=%d\n",__FILE__,__LINE__, frame_size,in_len);
       return frame_size;
    }
    return frame_size;
}

五、总结

本文介绍了opus-1.4 库的下载、编译demo程序的使用以及简单介绍常用的opus编解码库函数 最后给出opus解码示例代码

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参考资料
从RTP包中分析OPUS码流https://blog.csdn.net/hclbeloved/article/details/115528990
libopus 实现pcm 编码到opushttps://blog.csdn.net/sinat_27720649/article/details/126530085