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ffmpeg系列（三）—— 音频重采样

news 来源：原创 2025/5/1 16:44:01

SwrContext

一、SwrContext 的重要字段

SwrContext 是音频重采样的核心配置对象，其关键字段决定了重采样的行为和性能。以下是常用字段及其作用：

字段名称	类型	作用	典型值示例
`in_sample_rate`	int	输入音频的采样率（Hz）。	44100
`out_sample_rate`	int	输出音频的采样率（Hz）。	48000
`in_ch_layout`	AVChannelLayout	输入音频的声道布局（如立体声、单声道）。	`AV_CH_LAYOUT_STEREO`
`out_ch_layout`	AVChannelLayout	输出音频的声道布局。	`AV_CH_LAYOUT_MONO`
`in_sample_fmt`	AVSampleFormat	输入音频的样本格式（如 PCM、浮点）。	`AV_SAMPLE_FMT_S16`
`out_sample_fmt`	AVSampleFormat	输出音频的样本格式。	`AV_SAMPLE_FMT_FLTP`
`filter`	const char *	重采样滤波器名称（如 Lanczos、Sinc）。	`SWR_FILTER_LANCZOS`
`speed`	double	重采样速度倍数（1.0 = 实时，>1.0 加速）。	1.0
`channel_map`	const int *	声道映射表（高级用法：自定义声道顺序）。	NULL（默认布局）
`error_occurred`	int	错误标志（非零表示重采样过程中发生错误）。	0（成功）/-1（失败）
`buffer`	uint8_t **	内部缓冲区指针（用于存储中间音频数据）。	由 libswresample 自动管理
`buffer_len`	int	内部缓冲区长度（字节）。	自动调整

二、SwrContext 的重要函数

以下是使用 SwrContext 时最常用的函数及其作用：

1. swr_alloc()

SwrContext *swr_alloc(void);

作用：分配一个空的 SwrContext 结构体（不初始化参数）。
返回值：指向新分配的 SwrContext，需检查是否为 NULL（内存不足）。
• 典型用法：

2. swr_alloc_set_opts()

SwrContext *swr_alloc_set_opts(
    SwrContext **ctx,
    const AVChannelLayout *in_ch_layout,
    AVSampleFormat in_sample_fmt,
    int in_sample_rate,
    const AVChannelLayout *out_ch_layout,
    AVSampleFormat out_sample_fmt,
    int out_sample_rate,
    double speed,
    const char *filter,
    const char *filter_name
);

作用：一步到位分配并初始化 SwrContext，设置所有核心参数。
参数说明：
- 输入参数（前 3 个）：输入音频的布局、格式、采样率。
- 输出参数（后 3 个）：输出音频的布局、格式、采样率。
- speed：重采样速度（1.0 表示实时处理）。
- filter：滤波器类型（如 SWR_FILTER_LANCZOS）。
- 返回值：成功返回配置后的 SwrContext，失败返回 NULL。
关键点：
- **替代 swr_alloc **：此函数内部已调用 swr_alloc` 无需手动初始化。
- 参数顺序：必须严格区分输入和输出参数，否则可能导致逻辑错误。
示例：

3. swr_free()

void swr_free(SwrContext *ctx);

• 作用：释放 SwrContext 占用的内存及内部缓冲区。
• 注意：无论初始化是否成功，最终必须调用此函数避免内存泄漏。
• 示例：

4. swr_convert()

int swr_convert(
    SwrContext *ctx,
    uint8_t **out_buf,
    int out_samples,
    const uint8_t *in_buf,
    int in_samples
);

• 作用：执行实际的重采样操作。
• 参数：
• in_buf：输入音频数据指针（需符合 in_sample_fmt 的格式）。
• in_samples：输入样本数量（以 in_sample_rate 为单位）。
• out_buf：输出缓冲区指针（需预分配，格式由 out_sample_fmt 决定）。
• out_samples：请求的输出样本数量（可能被调整）。
• 返回值：实际输出的样本数量，或负数表示错误。
• 关键点：
• 输入/输出缓冲区格式：必须与 SwrContext 中的 in_sample_fmt/out_sample_fmt 匹配。
• 缓冲区大小：需提前分配足够空间（参考 swr_get_out_samples()）。

5. swr_get_sample_rate()

int swr_get_sample_rate(SwrContext *ctx);

• 作用：获取当前上下文的采样率（输入或输出，取决于调用时机）。
• 注意：在初始化后，输出采样率是固定的，输入采样率可能动态变化（如流式处理）。

6. swr_init()

swr_init 是 FFmpeg 中用于初始化音频重采样器（SwrContext）的函数。它的作用是根据 swr_alloc_set_opts 或 swr_alloc_set_opts2 设置的参数，完成重采样器的内部配置和准备工作。以下是关于 swr_init 的详细说明：

#####　1. 函数原型

#include <libswresample/swresample.h>

int swr_init(SwrContext *s);

参数	类型	说明
`s`	`SwrContext *`	音频重采样器上下文
返回值	`int`	成功返回 `0`，失败返回负的错误码

2. 功能说明

swr_init 的主要功能包括：

验证参数：
- 检查输入和输出的声道布局、采样格式、采样率等参数是否合法。
- 如果参数不合法，返回错误码（如 AVERROR(EINVAL)）。
初始化内部状态：
- 根据输入和输出的参数，计算重采样器的内部状态（如滤波器系数、缓冲区大小等）。
- 如果输入和输出的采样率不同，初始化重采样滤波器。
分配内部资源：
- 分配重采样器所需的内存（如缓冲区、滤波器等）。
准备重采样：
- 完成所有准备工作，使重采样器可以开始处理音频数据。

3. 使用场景

swr_init 通常在以下步骤之后调用：

使用 swr_alloc() 或 swr_alloc_set_opts() / swr_alloc_set_opts2() 创建并配置 SwrContext。
调用 swr_init() 初始化重采样器。
使用 swr_convert() 进行音频重采样。

4. 返回值处理

swr_init 的返回值需要检查，如果返回值 < 0，说明初始化失败。

常见错误码

错误码	说明
`AVERROR(EINVAL)`	参数不合法（如声道布局不支持）
`AVERROR(ENOMEM)`	内存分配失败
`AVERROR(EOPNOTSUPP)`	不支持的采样格式或布局

四、完整使用示例

#include <libswresample/swresample.h>
#include <libavutil/channel_layout.h>

void setup_resampler(AVCodecContext *ac) {
    // 创建 SwrContext
    SwrContext *actx = swr_alloc();
    if (!actx) {
        fprintf(stderr, "Failed to allocate SwrContext\n");
        return;
    }

    // 设置输入和输出的声道布局
    AVChannelLayout out_ch_layout;
    AVChannelLayout in_ch_layout;

    // 输出声道布局：立体声（2声道）
    av_channel_layout_default(&out_ch_layout, 2);

    // 输入声道布局：从 AVCodecContext 中获取
    av_channel_layout_copy(&in_ch_layout, &ac->ch_layout);

    // 配置 SwrContext
    int ret = swr_alloc_set_opts2(
        &actx,
        &out_ch_layout,            // 输出声道布局
        AV_SAMPLE_FMT_S16,         // 输出采样格式
        ac->sample_rate,           // 输出采样率
        &in_ch_layout,             // 输入声道布局
        ac->sample_fmt,            // 输入采样格式
        ac->sample_rate,           // 输入采样率
        0,                         // 日志偏移
        NULL                       // 日志上下文
    );

    if (ret < 0) {
        char errbuf[AV_ERROR_MAX_STRING_SIZE];
        av_strerror(ret, errbuf, sizeof(errbuf));
        LOGW("swr_alloc_set_opts2 failed: %s", errbuf);
        return;
    }

    // 初始化重采样器
    ret = swr_init(actx);
    if (ret < 0) {
        char errbuf[AV_ERROR_MAX_STRING_SIZE];
        av_strerror(ret, errbuf, sizeof(errbuf));
        LOGW("swr_init failed: %s", errbuf);
        return;
    }

    LOGW("SwrContext initialized successfully");

    // 使用 actx 进行重采样...

    // 释放资源
    swr_free(&actx);
}