《音视频开发进阶指南：基于android与iOS平台的实现》读书笔记

Posted 2021-09-06 每天看一遍，防止恋爱&&堕落

文章目录

• 数字音频
• • 采样
  • 量化
  • 编码
  • 音频编码
  • • WAV编码
    • MP3编码
    • AAC编码
    • Ogg编码
• 数字视频
• • YUV表示方式
  • IPB帧
  • IDR帧与I帧的理解
• 总结

数字音频

为了将模拟信号数字化，需要经历三个流程，分别是采样、量化和编码

采样

所谓采样就是在时间轴上对信号进行数字化。根据奈奎斯特定理（也称为采样定理），按比声音最高频率高2倍以上的频率对声音进行采样（也称为AD转换）,1.1节中提到过，对于高质量的音频信号，其频率范围（人耳能够听到的频率范围）是20Hz～20kHz，所以采样频率一般为44.1kHz，这样就可以保证采样声音达到20kHz也能被数字化，从而使得经过数字化处理之后，人耳听到的声音质量不会被降低。而所谓的44.1kHz就是代表1秒会采样44100次（如下图所示）

量化

量化是指在幅度轴上对信号进行数字化，比如用16比特的二进制信号来表示声音的一个采样，而16比特（一个short）所表示的范围是[-32768,32767]，共有65536个可能取值，因此最终模拟的音频信号在幅度上也分为了65536层（如下图所示）

编码

既然每一个量化都是一个采样，那么这么多的采样该如何进行存储呢？这就涉及将要讲解的第三个概念：编码。所谓编码，就是按照一定的格式记录采样和量化后的数字数据，比如顺序存储或压缩存储，等等。

通常所说的音频的裸数据格式就是脉冲编码调制（Pulse Code Modulation, PCM）数据。描述一段PCM数据一般需要以下几个概念：量化格式（sampleFormat）、采样率（sampleRate）、声道数（channel）

以CD的音质为例：量化格式（有的地方描述为位深度）为16比特（2字节），采样率为44100，声道数为2，这些信息就描述了CD的音质

而对于声音格式，还有一个概念用来描述它的大小，称为数据比特率，即1秒时间内的比特数目，它用于衡量音频数据单位时间内的容量大小

音频编码

WAV编码

PCM（脉冲编码调制）是Pulse Code Modulation的缩写。前面已经介绍过PCM大致的工作流程，而WAV编码的一种实现（有多种实现方式，但是都不会进行压缩操作）就是在PCM数据格式的前面加上44字节，分别用来描述PCM的采样率、声道数、数据格式等信息

特点：音质非常好，大量软件都支持。适用场合：多媒体开发的中间文件、保存音乐和音效素材。

MP3编码

MP3具有不错的压缩比，使用LAME编码（MP3编码格式的一种实现）的中高码率的MP3文件，听感上非常接近源WAV文件，当然在不同的应用场景下，应该调整合适的参数以达到最好的效果

特点：音质在128Kbit/s以上表现还不错，压缩比比较高，大量软件和硬件都支持，兼容性好。适用场合：高比特率下对兼容性有要求的音乐欣赏。

AAC编码

AAC是新一代的音频有损压缩技术，它通过一些附加的编码技术（比如PS、SBR等），衍生出了LC-AAC、HE-AAC、HE-AAC v2三种主要的编码格式

特点：在小于128Kbit/s的码率下表现优异，并且多用于视频中的音频编码。适用场合：128Kbit/s以下的音频编码，多用于视频中音频轨的编码

Ogg编码

Ogg是一种非常有潜力的编码，在各种码率下都有比较优秀的表现，尤其是在中低码率场景下。Ogg除了音质好之外，还是完全免费的

特点：可以用比MP3更小的码率实现比MP3更好的音质，高中低码率下均有良好的表现，兼容性不够好，流媒体特性不支持。适用场合：语音聊天的音频消息场景。

数字视频

YUV表示方式

对于视频帧的裸数据表示，其实更多的是YUV数据格式的表示，YUV主要应用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需要占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）

IPB帧

从解码的角度来理解IPB帧

• I帧自身可以通过视频解压算法解压成一张单独的完整视频画面，所以I帧去掉的是视频帧在空间维度上的冗余信息。
• P帧需要参考其前面的一个I帧或者P帧来解码成一张完整的视频画面。
• B帧则需要参考其前一个I帧或者P帧及其后面的一个P帧来生成一张完整的视频画面，所以P帧与B帧去掉的是视频帧在时间维度上的冗余信息。

IDR帧与I帧的理解

H264采用了多帧预测，所以I帧之后的P帧有可能会参考I帧之前的帧，这就使得在随机访问的时候不能以找到I帧作为参考条件，因为即使找到I帧，I帧之后的帧还是有可能解析不出来，而IDR帧就是一种特殊的I帧，即这一帧之后的所有参考帧只会参考到这个IDR帧，而不会再参考前面的帧。在解码器中，一旦收到一个IDR帧，就会立即清理参考帧缓冲区，并将IDR帧作为被参考的帧。

总结

其实对我目前而言，也就第一章和3.3有用了。本书所谓的开发进阶，其实在用ffmpeg涉及并实现了一款播放器，播放的来源则为摄像头和网络推流，可能重要是在实践吧，如果是我自己做一个类似的播放器，我可能会直接github拉一个开源的播放器进来改改直接用。花了几十分钟，补了点基础知识也还行。