美文网首页
iOS音频能力——PCM基础

iOS音频能力——PCM基础

作者: 辉辉岁月 | 来源:发表于2021-08-17 11:38 被阅读0次

    前言

    音频是移动端很重要的能力,像直播类、在线教育类、唱歌类、短视频类等APP,都离不开音频功能。
    具备音频相关知识与能力,对未来的职业发展有很大优势。
    本文主要围绕音频知识的基础——PCM,介绍PCM的原理和相关操作。
    声音是模拟的连续信号,而计算机只能离散的存储。为了使得计算机具备音频的能力,必须支持连续音频信号的离散化描述,而PCM具备这个能力。

    正文

    PCM脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)

    脉冲编码调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程。

    总结起来就是三个步骤:
    1、抽样;
    2、量化;
    3、编码;

    PCM基础概念

    了解PCM的基本原理之后,再看看PCM衍生出来的常见概念。

    1、声道;

    录制和播放时,音频信号的数量。

    2、采样率;

    每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,单位是赫兹(Hz);
    奈奎斯特采样定理:当采样频率大于声音最高频率的两倍,能完整的保留声音的信息。

    3、采样深度;

    量化的二进制位数,常为16位;

    4、码率;

    音频流每秒的大小,单位常用bps;
    一个采样率为44.1KHz,采样大小为16bit,双声道的PCM编码的文件,码率为 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps

    PCM数据操作

    了解完PCM的相关概念后,再来看看PCM相关的数据操作。

    1、PCM混合;

    重采样,对位相加,溢出处理;

    2、单声道变立体声;

    增加声道,复制数据;

    3、立体声变单声道;

    减少声道,声道混合或只取其一;

    4、音量调整和静音;

    改变量化值,对数优化,清零静音;

    5、播放速率调整;

    快放:相邻位合并,缩减长度;
    慢放:长度增加,量化值不变;

    PCM数据的操作,就是直接操作音频流数据,比如一个简单的音量变大操作:

    
        int16_t *curData = (int16_t *)ioData->mBuffers[0].mData;
        int size = ioData->mBuffers[0].mDataByteSize;
    
    //     音量操作
        for (int pos = 0; pos < size; pos += 2, ++curData) {
            int data = *curData;
    
            { // 音量调整
                data = data * 2;
                // 溢出
                if (data > 32767) {
                    data = 32767;
                }
                else if (data < -32768) {
                    data = -32768;
                }
            }
            *curData = data;
        }
    
    

    Audio Unit 播放 PCM

    AudioStreamBasicDescription

    iOS的音频描述结构体,包括解析音频数据需要的各种参数

    • mSampleRate:采样率
    • mFormatID:编码格式
    • mFormatFlags:数据格式;(L/R,整形or浮点)
    • mBytesPerPacket:每个Packet的Bytes数
    • mFramesPerPacket:每个Packet的帧数
    • mBytesPerFrame:每帧的Byte数
    • mChannelsPerFrame:每帧的声道数
    • mBitsPerChannel:每个声道的采样深度

    立体声的PCM音频数据,通常是以L/R交替(左右声道交替)的方式存储。
    在iOS平台可以通过设置kAudioFormatFlagIsNonInterleaved,使得左右声道的数据分别存储在AudioBufferList的两个AudioBuffers中。

    由于硬件要求,录制和播放都是整形格式。但在音频处理的过程中, 音频数据可能会溢出(整形格式表示范围有限),故而有些处理需要用浮点数来进行。

    总结

    本文源自中午分享的PPT内容,排版有所修改。
    希望看完本文的你,对PCM有初步的认识。
    PCM的数据操作部分,可以把样例代码放到Audio Unit播放PCM文件demo的PlayCallback方法中,体会下效果。

    相关文章

      网友评论

          本文标题:iOS音频能力——PCM基础

          本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/dzgbbltx.html