iOS开发基础141-音频解码

音频解码是指将压缩的音频数据转换为PCM（脉冲编码调制）数据的过程。这个过程允许我们处理和播放多种格式的音频文件。在iOS开发中，AudioToolbox提供了一系列底层C语言API来支持音频的解码。下面，我们将创建一个简单的音频解码工具类，使用AudioToolbox中的API来解码AAC格式的音频文件，并提供示例代码展示如何使用这个工具类。

（使用AudioToolbox对AAC音频文件进行解码操作）示例代码：

AudioDecoder.h

#import <Foundation/Foundation.h>

// 定义一个解码代理协议，用于回调解码的PCM数据和解码完成状态
@protocol AudioDecoderDelegate <NSObject>
- (void)audioDecoderDidDecodeFrame:(NSData *)frame; //解码出PCM数据时调用
- (void)audioDecoderDidFinishDecoding; // 解码完成时调用
@end

@interface AudioDecoder : NSObject

@property (weak, nonatomic) id<AudioDecoderDelegate> delegate; // 声明一个代理属性
- (void)startDecodingAudioFileAtPath:(NSString *)filePath; // 开始解码指定路径音频文件的方法

@end

AudioDecoder.m

#import "AudioDecoder.h"
#import <AudioToolbox/AudioToolbox.h>

// 私有接口声明
@interface AudioDecoder ()
@property (nonatomic) AudioConverterRef audioConverter; // 音频转换器引用
@property (nonatomic) AudioStreamBasicDescription inputFormat; // 输入音频流格式
@property (nonatomic) AudioStreamBasicDescription outputFormat; // 输出音频流格式
@property (nonatomic) AudioFileID audioFileID; // 音频文件标识
@property (nonatomic) UInt64 packetIndex; // 音频包索引
@property (nonatomic) UInt64 totalPackets; // 音频包总数
@end

// 类的实现部分
@implementation AudioDecoder

// 开始进行音频文件的解码操作
- (void)startDecodingAudioFileAtPath:(NSString *)filePath {
    // 将文件路径字符串转换为URL对象
    NSURL *fileURL = [NSURL fileURLWithPath:filePath];
    OSStatus status; // 用于检查操作状态
    
    // 尝试打开音频文件
    status = AudioFileOpenURL((__bridge CFURLRef)fileURL, kAudioFileReadPermission, 0, &_audioFileID);
    NSAssert(status == noErr, @"打开文件失败"); // 断言文件成功打开

    // 获取文件的音频数据格式信息
    UInt32 size = sizeof(_inputFormat);
    status = AudioFileGetProperty(_audioFileID, kAudioFilePropertyDataFormat, &size, &_inputFormat);
    NSAssert(status == noErr, @"获取格式失败"); // 断言成功获取格式
    
    // 配置输出音频格式
    [self setupOutputFormat];
    
    // 创建音频转换器
    status = AudioConverterNew(&_inputFormat, &_outputFormat, &_audioConverter);
    NSAssert(status == noErr, @"创建转换器失败"); // 断言转换器成功创建
    
    // 执行转换操作
    [self convert];
}

// 配置输出音频格式为线性PCM格式
- (void)setupOutputFormat {
    memset(&_outputFormat, 0, sizeof(_outputFormat));
    _outputFormat.mSampleRate = _inputFormat.mSampleRate; // 与输入采样率一致
    _outputFormat.mChannelsPerFrame = _inputFormat.mChannelsPerFrame; // 与输入通道数一致
    _outputFormat.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM;
    _outputFormat.mBytesPerPacket = 2 * _outputFormat.mChannelsPerFrame; // 每个包的字节数
    _outputFormat.mFramesPerPacket = 1; // 每个包的帧数
    _outputFormat.mBytesPerFrame = 2 * _outputFormat.mChannelsPerFrame; // 每帧的字节数
    _outputFormat.mBitsPerChannel = 16; // 每个通道的位数
    _outputFormat.mFormatFlags = kLinearPCMFormatFlagIsSignedInteger | kLinearPCMFormatFlagIsPacked; // 标志位
}

// 实现音频数据的转换
- (void)convert {
    UInt32 ioOutputDataPackets = 1; // 输出数据的包数
    // 准备输出缓冲区
    AudioBufferList outputBufferList;
    outputBufferList.mNumberBuffers = 1; // 缓冲区数量
    outputBufferList.mBuffers[0].mNumberChannels = _inputFormat.mChannelsPerFrame; // 缓冲区通道数
    outputBufferList.mBuffers[0].mDataByteSize = 2 * _outputFormat.mChannelsPerFrame; // 缓冲区大小
    outputBufferList.mBuffers[0].mData = malloc(2 * _outputFormat.mChannelsPerFrame); // 分配缓冲区内存
    
    // 描述转换输出的音频包
    AudioStreamPacketDescription outputPacketDescriptions;
    
    // 进行转换操作
    OSStatus status = AudioConverterFillComplexBuffer(_audioConverter, // 转换器
                                                      AudioConverterCallback, // 回调函数
                                                      (__bridge void *)(self), // 用户数据
                                                      &ioOutputDataPackets, // 输出包的数量
                                                      &outputBufferList, // 输出缓冲区
                                                      &outputPacketDescriptions); // 输出包描述
    if (status == noErr) {
        // 如果转换成功，将输出数据封装成NSData对象并通过代理传出
        NSData *frameData = [NSData dataWithBytes:outputBufferList.mBuffers[0].mData length:outputBufferList.mBuffers[0].mDataByteSize];
        [self.delegate audioDecoderDidDecodeFrame:frameData];
    } else {
        NSLog(@"转换失败，错误码：%d", status);
    }
    
   // 释放分配的缓冲区内存
    free(outputBufferList.mBuffers[0].mData);
    
    // 通知代理解码操作已经完成
    [self.delegate audioDecoderDidFinishDecoding];
}

// 音频转换的回调函数，实现从文件读取packet的逻辑
OSStatus AudioConverterCallback(AudioConverterRef inAudioConverter,
                                UInt32 *ioNumberDataPackets,
                                AudioBufferList *ioData,
                                AudioStreamPacketDescription **outDataPacketDescription,
                                void *inUserData) {
    // 实现从文件读取packet的具体逻辑...
    
    return noErr;
}

@end

在上述代码中，AudioConverterCallback的实现留空，表示从文件中读取数据包的具体逻辑应由实际的文件格式和需求来决定。转换回调函数中的主要任务是填充ioData结构体，提供待转换的音频数据。

重要说明和建议

1. 权限问题：如果你的应用要从设备的相册或其他位置访问音频文件，确保你已经请求了相应的权限，并且用户已经授予了这些权限。

2. 性能考虑：音频解码是一个计算密集型的过程，可能会影响到应用的性能，尤其是在解码大文件或高比特率文件时。实际使用时，应考虑在后台线程进行解码操作，避免阻塞UI线程。

结论

这里提供的AudioDecoder类及其方法和属性都已经详细注释，帮助理解音频转换的基本过程。请注意，实现AudioConverterCallback函数需要对音频数据和包的管理有更深入的了解。在实际应用中可能还需要处理更多细节，例如正确管理内存，处理不同的音频格式，以及正确响应各种可能的错误状态等。上述AudioDecoder类和使用方法提供了iOS平台上音频解码的一种基本方案。实际开发中，根据应用需求和目标音频格式，解码过程的实现细节可能会有所不同。