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视音频数据处理：AAC音频码流解析

本文介绍一个音频码流处理程序。音频码流在视频播放器中的位置如下所示。

本文中的程序是一个AAC码流解析程序。该程序可以从AAC码流中分析得到它的基本单元ADTS frame，并且可以简单解析ADTS frame首部的字段。通过修改该程序可以实现不同的AAC码流处理功能。

原理

AAC原始码流（又称为“裸流”）是由一个一个的ADTS frame组成的。他们的结构如下图所示。

其中每个ADTS frame之间通过syncword（同步字）进行分隔。同步字为0xFFF（二进制“111111111111”）。AAC码流解析的步骤就是首先从码流中搜索0x0FFF，分离出ADTS frame；然后再分析ADTS frame的首部各个字段。本文的程序即实现了上述的两个步骤。

代码

整个程序位于simplest_aac_parser()函数中，如下所示。

/**
 * 本项目包含如下几种视音频测试示例：
 *  (1)像素数据处理程序。包含RGB和YUV像素格式处理的函数。
 *  (2)音频采样数据处理程序。包含PCM音频采样格式处理的函数。
 *  (3)H.264码流分析程序。可以分离并解析NALU。
 *  (4)AAC码流分析程序。可以分离并解析ADTS帧。
 *  (5)FLV封装格式分析程序。可以将FLV中的MP3音频码流分离出来。
 *  (6)UDP-RTP协议分析程序。可以将分析UDP/RTP/MPEG-TS数据包。
 *
 * This project contains following samples to handling multimedia data:
 *  (1) Video pixel data handling program. It contains several examples to handle RGB and YUV data.
 *  (2) Audio sample data handling program. It contains several examples to handle PCM data.
 *  (3) H.264 stream analysis program. It can parse H.264 bitstream and analysis NALU of stream.
 *  (4) AAC stream analysis program. It can parse AAC bitstream and analysis ADTS frame of stream.
 *  (5) FLV format analysis program. It can analysis FLV file and extract MP3 audio stream.
 *  (6) UDP-RTP protocol analysis program. It can analysis UDP/RTP/MPEG-TS Packet.
 *
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
 
int getADTSframe(unsigned char* buffer, int buf_size, unsigned char* data ,int* data_size){
	int size = 0;
 
	if(!buffer || !data || !data_size ){
		return -1;
	}
 
	while(1){
		if(buf_size  < 7 ){
			return -1;
		}
		//Sync words
		if((buffer[0] == 0xff) && ((buffer[1] & 0xf0) == 0xf0) ){
			size |= ((buffer[3] & 0x03) <<11);     //high 2 bit
			size |= buffer[4]<<3;                //middle 8 bit
			size |= ((buffer[5] & 0xe0)>>5);        //low 3bit
			break;
		}
		--buf_size;
		++buffer;
	}
 
	if(buf_size < size){
		return 1;
	}
 
	memcpy(data, buffer, size);
	*data_size = size;
 
	return 0;
}
 
int simplest_aac_parser(char *url)
{
	int data_size = 0;
	int size = 0;
	int cnt=0;
	int offset=0;
 
	//FILE *myout=fopen("output_log.txt","wb+");
	FILE *myout=stdout;
 
	unsigned char *aacframe=(unsigned char *)malloc(1024*5);
	unsigned char *aacbuffer=(unsigned char *)malloc(1024*1024);
 
	FILE *ifile = fopen(url, "rb");
	if(!ifile){
		printf("Open file error");
		return -1;
	}
 
	printf("-----+- ADTS Frame Table -+------+\n");
	printf(" NUM | Profile | Frequency| Size |\n");
	printf("-----+---------+----------+------+\n");
 
	while(!feof(ifile)){
		data_size = fread(aacbuffer+offset, 1, 1024*1024-offset, ifile);
		unsigned char* input_data = aacbuffer;
 
		while(1)
		{
			int ret=getADTSframe(input_data, data_size, aacframe, &size);
			if(ret==-1){
				break;
			}else if(ret==1){
				memcpy(aacbuffer,input_data,data_size);
				offset=data_size;
				break;
			}
 
			char profile_str[10]={0};
			char frequence_str[10]={0};
 
			unsigned char profile=aacframe[2]&0xC0;
			profile=profile>>6;
			switch(profile){
			case 0: sprintf(profile_str,"Main");break;
			case 1: sprintf(profile_str,"LC");break;
			case 2: sprintf(profile_str,"SSR");break;
			default:sprintf(profile_str,"unknown");break;
			}
 
			unsigned char sampling_frequency_index=aacframe[2]&0x3C;
			sampling_frequency_index=sampling_frequency_index>>2;
			switch(sampling_frequency_index){
			case 0: sprintf(frequence_str,"96000Hz");break;
			case 1: sprintf(frequence_str,"88200Hz");break;
			case 2: sprintf(frequence_str,"64000Hz");break;
			case 3: sprintf(frequence_str,"48000Hz");break;
			case 4: sprintf(frequence_str,"44100Hz");break;
			case 5: sprintf(frequence_str,"32000Hz");break;
			case 6: sprintf(frequence_str,"24000Hz");break;
			case 7: sprintf(frequence_str,"22050Hz");break;
			case 8: sprintf(frequence_str,"16000Hz");break;
			case 9: sprintf(frequence_str,"12000Hz");break;
			case 10: sprintf(frequence_str,"11025Hz");break;
			case 11: sprintf(frequence_str,"8000Hz");break;
			default:sprintf(frequence_str,"unknown");break;
			}
 
 
			fprintf(myout,"%5d| %8s|  %8s| %5d|\n",cnt,profile_str ,frequence_str,size);
			data_size -= size;
			input_data += size;
			cnt++;
		}   
 
	}
	fclose(ifile);
	free(aacbuffer);
	free(aacframe);
 
	return 0;
}

上文中的函数调用方法如下所示。

simplest_aac_parser("nocturne.aac");

结果

本程序的输入为一个AAC原始码流（裸流）的文件路径，输出为该码流中ADTS frame的统计数据，如下图所示。

项目主页

Github：https://github.com/leixiaohua1020/simplest_mediadata_test

本项目包含如下几种视音频数据解析示例：

1. 像素数据处理程序。包含RGB和YUV像素格式处理的函数。
2. 音频采样数据处理程序。包含PCM音频采样格式处理的函数。
3. H.264码流分析程序。可以分离并解析NALU。
4. AAC码流分析程序。可以分离并解析ADTS帧。
5. FLV封装格式分析程序。可以将FLV中的MP3音频码流分离出来。
6. UDP-RTP协议分析程序。可以将分析UDP/RTP/MPEG-TS数据包。

原文作者 ： 雷霄骅