音频demo：将PCM数据和Speex数据进行相互编解码

1、README

a. libspeex移植步骤

源码下载地址：https://xiph.org/downloads/ 或 https://www.speex.org/downloads/ 或 https://www.linuxfromscratch.org/blfs/view/svn/multimedia/speex.html

 tar xzf speex-1.2.1.tar.gzcd speex-1.2.1/./configure --prefix=$PWD/_installmake -j8make installstrip --strip-unneeded _install/lib/*

$ tree -h _install/
_install/
├── [4.0K]  include
│   └── [4.0K]  speex
│       ├── [6.5K]  speex_bits.h
│       ├── [4.9K]  speex_callbacks.h
│       ├── [ 203]  speex_config_types.h
│       ├── [ 14K]  speex.h
│       ├── [4.0K]  speex_header.h
│       ├── [3.6K]  speex_stereo.h
│       └── [3.5K]  speex_types.h
├── [4.0K]  lib
│   ├── [188K]  libspeex.a
│   ├── [1006]  libspeex.la
│   ├── [  17]  libspeex.so -> libspeex.so.1.5.2
│   ├── [  17]  libspeex.so.1 -> libspeex.so.1.5.2
│   ├── [ 98K]  libspeex.so.1.5.2
│   └── [4.0K]  pkgconfig
│       └── [ 358]  speex.pc
└── [4.0K]  share├── [4.0K]  aclocal│   └── [3.6K]  speex.m4└── [4.0K]  doc└── [4.0K]  speex└── [429K]  manual.pdf8 directories, 15 files

b. 说明

demo现状

目前暂时没找到相关播放器直接播放spx格式文件；
将demo编码生成的spx格式文件再通过demo解码生成pcm数据是能正常播放的；

目前demo生成的spx格式文件是夹带着4个字节编码数据量大小，即：

[spx数据长度(4字节)]+[spx编码数据(n字节)] + [spx数据长度(4字节)]+[spx编码数据(n字节)] + ...

关于speex格式的说明

Speex（音标[spi:ks]）是一套开源免费的、无专利保护的、针对语音设计的音频压缩格式。
Speex编解码器已经被Opus编解码器淘汰，Speex还是可以继续使用，由于Opus比Speex在各方面都更好，所以鼓励大家切换到Opus，但是Opus只支持编码和解码，不支持噪音抑制、声学回音消除等其他处理功能。
只支持8000Hz窄带（Narrow Band）、16000Hz宽带（Wide Band）、32000Hz超宽带（Ultra Wide Band）的三种带模式进行编解码，不支持其他采样频率。
只支持单声道，不支持多声道。
支持强化立体声编码（Intensity Stereo Encoding）。
支持数据包丢失隐藏（Packet Loss Concealment、PLC）。
支持固定比特率（Constant Bit Rate、CBR）。
支持可变比特率（Variable Bit Rate、VBR）。
支持平均比特率（Average Bit Rate、ABR）。
支持非连续传输（Discontinuous transmission、DTX）。
支持定点执行（Fixed-point implementation）。
支持浮点执行（Floating-point implementation）。
支持声学回音消除（Acoustic Echo Canceller、AEC）。
支持残余回音消除（Residual Echo Canceller、REC）。
支持噪音抑制（Noise Suppression、NS）。
支持混响音消除（Dereverb）。
支持自动增益控制（Automatic Gain Control、AGC）。
支持语音活动检测（Voice Activity Detection、VAD）。
支持多速率（multi-rate）。
支持嵌入式（Embedded）。
支持重采样（Resample）。

c. 使用方法

编译

$ make clean && make
rm -rf pcm2speex speex2pcm pcm2speex_gpt speex2pcm_gpt out*
gcc main_pcm2speex.c -I./include -lspeex -L./lib -lm -o pcm2speex
gcc main_speex2pcm.c -I./include -lspeex -L./lib -lm -o speex2pcm
gcc main_pcm2speex_gpt.c -I./include -lspeex -L./lib -lm -o pcm2speex_gpt
gcc main_speex2pcm_gpt.c -I./include -lspeex -L./lib -lm -o speex2pcm_gpt

编码

$ ./pcm2speex 
Usage: ./pcm2speex <in-pcm-file> <sample-rate> <out-spx-file>
examples: ./pcm2speex ./audio/test_8000_16_1.pcm  8000  out_8000.spx./pcm2speex ./audio/test_16000_16_1.pcm 16000 out_16000.spx

解码

$ ./speex2pcm 
Usage: ./speex2pcm <in-spx-file> <sample-rate> <out-pcm-file>
examples: ./speex2pcm out_8000.spx  8000  out_8000.pcm./speex2pcm out_16000.spx 16000 out_16000.pcm

d. 参考文章

speex 编码简介-CSDN博客
音频编解码speex库的使用方法-CSDN博客
Speex详解（2019年09月25日更新） - 赤勇玄心行天道 - 博客园

e. demo目录架构

$ tree
.
├── audio
│   ├── test_16000_16_1.pcm
│   └── test_8000_16_1.pcm
├── docs
│   ├── speex 编码简介-CSDN博客.mhtml
│   ├── Speex详解（2019年09月25日更新） - 赤勇玄心行天道 - 博客园.pdf
│   └── 音频编解码speex库的使用方法-CSDN博客.pdf
├── include
│   └── speex
│       ├── speex_bits.h
│       ├── speex_callbacks.h
│       ├── speex_config_types.h
│       ├── speex.h
│       ├── speex_header.h
│       ├── speex_stereo.h
│       └── speex_types.h
├── lib
│   └── libspeex.a
├── main_pcm2speex.c
├── main_speex2pcm.c
├── Makefile
├── opensource
│   └── speex-1.2.1.tar.gz
├── README.md
└── reference_code├── blog_pcm2speex.c├── blog_speex2pcm.c├── gpt_pcm2speex.c└── gpt_speex2pcm.c

2、主要代码片段

main_pcm2speex.c

#include <speex/speex.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#include "speex/speex.h"/* 定义帧大小，对于窄带模式，帧大小通常是160 */
#define FRAME_SIZE 160int main(int argc, char **argv)
{char *in_pcm_file_name = NULL;FILE *fp_in_pcm = NULL;unsigned int sample_rate = 0;char *out_spx_file_name = NULL;FILE *fp_out_spx = NULL;short *pcm_buf = NULL;char *cbits = NULL;int nbBytes;int framesize = 0;/* 检查参数 */if(argc != 4){printf("Usage: \n""\t %s <in-pcm-file> <sample-rate> <out-spx-file>\n""examples: \n""\t %s ./audio/test_8000_16_1.pcm  8000  out_8000.spx\n""\t %s ./audio/test_16000_16_1.pcm 16000 out_16000.spx\n", argv[0], argv[0], argv[0]);return -1;}in_pcm_file_name = argv[1];sample_rate = atoi(argv[2]);out_spx_file_name = argv[3];const SpeexMode *speex_mode = NULL;switch(sample_rate){case 8000:speex_mode = &speex_nb_mode;break;case 16000:speex_mode = &speex_wb_mode;break;case 32000:speex_mode = &speex_uwb_mode;break;}/* 初始化编码器状态 */void *state = speex_encoder_init(speex_mode);/* 设置编码质量为8（15 kbps） */int quality = 8;speex_encoder_ctl(state, SPEEX_SET_QUALITY, &quality);speex_encoder_ctl(state, SPEEX_SET_SAMPLING_RATE, &sample_rate);speex_encoder_ctl(state, SPEEX_GET_FRAME_SIZE, &framesize);int bps = 0; // 只是用来打印一下speex_encoder_ctl(state, SPEEX_GET_BITRATE, &bps);printf("It will encode with [quality: %d, sample_rate: %d, framesize: %d, bps: %d].\n", quality, sample_rate, framesize, bps);fp_in_pcm = fopen(in_pcm_file_name, "rb");if (!fp_in_pcm) {printf("Error opening input file: %s\n", in_pcm_file_name);speex_encoder_destroy(state);return 1;}/* 打开输出文件，用于存储编码后的Speex数据 */fp_out_spx = fopen(out_spx_file_name, "wb");if (!fp_out_spx) {printf("Error opening output file\n");fclose(fp_in_pcm);speex_encoder_destroy(state);return 1;}pcm_buf = (short *)malloc(sizeof(short) * framesize);cbits = (char *)malloc(sizeof(char) * framesize * 1.25); // 多个1/4/* 初始化位处理结构 */SpeexBits bits;speex_bits_init(&bits);/* 循环读取、编码并写入数据 */while (1) {/* 读取一个16位/sample的音频帧 */size_t bytesRead = fread(pcm_buf, sizeof(short), framesize, fp_in_pcm);if (bytesRead != framesize) {if (feof(fp_in_pcm)) {break; // 文件结束} else {printf("Error reading input file\n");speex_bits_destroy(&bits);fclose(fp_out_spx);fclose(fp_in_pcm);speex_encoder_destroy(state);return 1;}}/* 重置位处理结构，以便编码新帧 */speex_bits_reset(&bits);/* 编码帧 */speex_encode_int(state, pcm_buf, &bits);/* 将位复制到字符数组中，以便写入 */nbBytes = speex_bits_write(&bits, cbits, 200);/* 写入帧大小 *//* LRM: 这里写入接下来编码的数据大小，这里记录方便后面解码知道要读多少，不是标准的spx文件格式 */fwrite(&nbBytes, sizeof(int), 1, fp_out_spx);/* 写入压缩数据 *//* LRM: 这里写入编码后的spx数据 */fwrite(cbits, 1, nbBytes, fp_out_spx);printf("[Speex Encode] pcm(%lu Bytes) -> spx(%d Bytes).\n", framesize * sizeof(short), nbBytes);}/* 清理资源 */speex_bits_destroy(&bits);fclose(fp_out_spx);fclose(fp_in_pcm);speex_encoder_destroy(state);free(pcm_buf);free(cbits);return 0;
}

main_speex2pcm.c

#include <speex/speex.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(int argc, char **argv)
{char *in_spx_file_name = NULL;FILE *fp_in_spx = NULL;unsigned int sample_rate = 0;char *out_pcm_file_name = NULL;FILE *fp_out_pcm = NULL;char *speex_buffer = NULL;short *pcm_buffer = NULL;int framesize = 0;// 定义SpeexBits和编码状态变量SpeexBits bits;void *dec_state;/* 检查参数 */if(argc != 4){printf("Usage: \n""\t %s <in-spx-file> <sample-rate> <out-pcm-file>\n""examples: \n""\t %s out_8000.spx  8000  out_8000.pcm\n""\t %s out_16000.spx 16000 out_16000.pcm\n", argv[0], argv[0], argv[0]);return -1;}in_spx_file_name = argv[1];sample_rate = atoi(argv[2]);out_pcm_file_name = argv[3];const SpeexMode *speex_mode = NULL;switch(sample_rate){case 8000:speex_mode = &speex_nb_mode;break;case 16000:speex_mode = &speex_wb_mode;break;case 32000:speex_mode = &speex_uwb_mode;break;}// 初始化bitsspeex_bits_init(&bits);// 初始化编码状态，这里使用窄带模式dec_state = speex_decoder_init(speex_mode);speex_decoder_ctl(dec_state, SPEEX_SET_SAMPLING_RATE, &sample_rate);speex_decoder_ctl(dec_state, SPEEX_GET_FRAME_SIZE, &framesize);// 打开输入文件，这里假设输入文件是Speex编码的fp_in_spx = fopen(in_spx_file_name, "rb");if (!fp_in_spx) {printf("Error opening input file\n");return 1;}// 打开输出文件，用于存储解码后的PCM数据fp_out_pcm = fopen(out_pcm_file_name, "wb");if (!fp_out_pcm) {printf("Error opening output file\n");fclose(fp_in_spx);return 1;}speex_buffer = malloc(framesize); // 这是编码后的，空间足够了的pcm_buffer = (short *)malloc(sizeof(short) * framesize);// 循环读取、解码并写入文件while (1) {// 读取一帧Speex编码的数据#if 0int bytes_read = fread(&bits.bytes, 1, sizeof(bits.bytes), fp_in_spx);if (bytes_read == 0) {// 如果读取的字节数为0，表示文件结束break;}bits.nbytes = bytes_read;bits.nbBits = bytes_read * 8;#elseint spx_bytes = 0;int bytes_read = 0;/* LRM: 这里读出接下来的spx编码数据长度，对应于我们编码时写入的数据长度 */bytes_read = fread(&spx_bytes, 1, sizeof(spx_bytes), fp_in_spx);if (bytes_read == 0) {// 如果读取的字节数为0，表示文件结束printf("file end.\n");break;}printf("will read spx bytes: %d, ", spx_bytes);/* LRM: 这里读出编码后的spx数据 */bytes_read = fread(speex_buffer, 1, spx_bytes, fp_in_spx);if (bytes_read == 0) {// 如果读取的字节数为0，表示文件结束printf("file end(-1).\n");break;}printf("decode output pcm size: %lu\n", framesize * sizeof(short));// 将 Speex 数据填充到比特流结构体中speex_bits_read_from(&bits, speex_buffer, bytes_read);#endif// 解码speex_decode_int(dec_state, &bits, pcm_buffer);// 写入解码后的PCM数据fwrite(pcm_buffer, sizeof(short), framesize, fp_out_pcm);}// 清理资源fclose(fp_out_pcm);fclose(fp_in_spx);speex_bits_destroy(&bits);speex_decoder_destroy(dec_state);return 0;
}