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c语言如何压缩音频文件

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c语言如何压缩音频文件

C语言压缩音频文件的方法主要包括：使用外部库、实现基本的压缩算法、优化音频数据、使用适当的压缩格式。本文将详细介绍这些方法，并提供具体的实现步骤和代码示例，帮助您更好地掌握音频文件压缩技术。

一、使用外部库

外部库提供了丰富的功能和高效的算法，可以大大简化音频文件压缩的过程。常用的外部库包括libmp3lame、libvorbis、FFmpeg等。这些库不仅功能强大，而且文档齐全，使用起来比较方便。

1、libmp3lame

libmp3lame是一个流行的MP3编码库，使用它可以方便地将WAV格式的音频文件压缩成MP3格式。以下是一个简单的示例代码：

#include <stdio.h>


#include <stdlib.h>


#include <lame/lame.h>


void compress_mp3(const char *input_file, const char *output_file) {


    FILE *pcm = fopen(input_file, "rb");


    FILE *mp3 = fopen(output_file, "wb");


    if (!pcm || !mp3) {


        printf("Failed to open files.n");


        return;


    }


    short int pcm_buffer[8192 * 2];


    unsigned char mp3_buffer[8192];


    lame_t lame = lame_init();


    lame_set_in_samplerate(lame, 44100);


    lame_set_VBR(lame, vbr_default);


    lame_init_params(lame);


    int read, write;


    do {


        read = fread(pcm_buffer, 2 * sizeof(short int), 8192, pcm);


        if (read == 0) {


            write = lame_encode_flush(lame, mp3_buffer, 8192);


        } else {


            write = lame_encode_buffer_interleaved(lame, pcm_buffer, read, mp3_buffer, 8192);


        }


        fwrite(mp3_buffer, write, 1, mp3);


    } while (read != 0);


    lame_close(lame);


    fclose(mp3);


    fclose(pcm);


}


int main() {


    compress_mp3("input.wav", "output.mp3");


    return 0;


}

二、实现基本的压缩算法

如果您希望深入了解音频压缩的原理，可以尝试自己实现一些基本的压缩算法，如ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）。以下是ADPCM的简要实现示例：

1、ADPCM算法简介

ADPCM是一种简单且高效的音频压缩算法，它通过预测和差分编码来减少音频数据的冗余。以下是一个简单的ADPCM编码和解码的示例代码：

#include <stdio.h>


#include <stdint.h>


static int16_t step_table[89] = {


    7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 31,


    34, 37, 41, 45, 50, 55, 60, 66, 73, 80, 88, 97, 107, 118, 130, 143,


    157, 173, 190, 209, 230, 253, 279, 307, 337, 371, 408, 449, 494, 544, 598, 658,


    724, 796, 876, 963, 1060, 1166, 1282, 1411, 1552, 1707, 1878, 2066, 2272, 2499, 2749, 3024,


    3327, 3660, 4026, 4428, 4871, 5358, 5894, 6484, 7132, 7845, 8630, 9493, 10442, 11487, 12635, 13899,


    15289, 16818, 18500, 20350, 22385, 24623, 27086, 29794, 32767


};


typedef struct {


    int16_t prev_sample;


    int8_t index;


} ADPCMState;


int8_t adpcm_encode_sample(int16_t sample, ADPCMState *state) {


    int32_t diff = sample - state->prev_sample;


    int8_t sign = (diff < 0) ? 8 : 0;


    if (sign) diff = -diff;


    int8_t delta = 0;


    int32_t step = step_table[state->index];


    int32_t diffq = step >> 3;


    if (diff >= step) {


        delta = 4;


        diff -= step;


        diffq += step;


    }


    step >>= 1;


    if (diff >= step) {


        delta |= 2;


        diff -= step;


        diffq += step;


    }


    step >>= 1;


    if (diff >= step) {


        delta |= 1;


        diffq += step;


    }


    if (sign) delta = -delta;


    state->prev_sample += (sign ? -diffq : diffq);


    if (state->prev_sample > 32767) state->prev_sample = 32767;


    else if (state->prev_sample < -32768) state->prev_sample = -32768;


    state->index += delta;


    if (state->index < 0) state->index = 0;


    else if (state->index > 88) state->index = 88;


    return delta & 0x0F;


}


int16_t adpcm_decode_sample(int8_t delta, ADPCMState *state) {


    int32_t step = step_table[state->index];


    int32_t diffq = step >> 3;


    if (delta & 4) diffq += step;


    if (delta & 2) diffq += step >> 1;


    if (delta & 1) diffq += step >> 2;


    if (delta & 8) diffq = -diffq;


    state->prev_sample += diffq;


    if (state->prev_sample > 32767) state->prev_sample = 32767;


    else if (state->prev_sample < -32768) state->prev_sample = -32768;


    state->index += delta;


    if (state->index < 0) state->index = 0;


    else if (state->index > 88) state->index = 88;


    return state->prev_sample;


}


void compress_adpcm(const char *input_file, const char *output_file) {


    FILE *pcm = fopen(input_file, "rb");


    FILE *adpcm = fopen(output_file, "wb");


    if (!pcm || !adpcm) {


        printf("Failed to open files.n");


        return;


    }


    ADPCMState state = {0, 0};


    int16_t pcm_buffer[8192];


    int8_t adpcm_buffer[8192];


    int read;


    while ((read = fread(pcm_buffer, sizeof(int16_t), 8192, pcm)) > 0) {


        for (int i = 0; i < read; ++i) {


            adpcm_buffer[i] = adpcm_encode_sample(pcm_buffer[i], &state);


        }


        fwrite(adpcm_buffer, sizeof(int8_t), read, adpcm);


    }


    fclose(adpcm);


    fclose(pcm);


}


int main() {


    compress_adpcm("input.wav", "output.adpcm");


    return 0;


}

三、优化音频数据

优化音频数据可以进一步提高压缩效率。常见的优化方法包括降采样、使用适当的量化级别等。这些方法可以在保证音质的前提下，减少数据量。

1、降采样

降采样是指通过降低采样率来减少数据量。以下是一个简单的降采样示例代码：

#include <stdio.h>


#include <stdlib.h>


void downsample(const char *input_file, const char *output_file, int factor) {


    FILE *input = fopen(input_file, "rb");


    FILE *output = fopen(output_file, "wb");


    if (!input || !output) {


        printf("Failed to open files.n");


        return;


    }


    int16_t sample;


    int count = 0;


    while (fread(&sample, sizeof(int16_t), 1, input) == 1) {


        if (count % factor == 0) {


            fwrite(&sample, sizeof(int16_t), 1, output);


        }


        count++;


    }


    fclose(output);


    fclose(input);


}


int main() {


    downsample("input.wav", "output_downsampled.wav", 2);


    return 0;


}

四、使用适当的压缩格式

选择合适的音频压缩格式可以有效提高压缩效率和音质。常见的压缩格式包括MP3、AAC、OGG等。不同的压缩格式有不同的特点和应用场景，选择时需要综合考虑音质、文件大小和兼容性等因素。

1、MP3格式

MP3是一种常见的有损压缩格式，具有较高的压缩效率和较好的音质。使用libmp3lame库可以方便地将音频文件压缩为MP3格式，具体实现请参考前文的示例代码。

2、AAC格式

AAC（Advanced Audio Coding）是一种比MP3更高效的音频压缩格式，广泛应用于流媒体和移动设备。可以使用FFmpeg库将音频文件压缩为AAC格式。

#include <stdio.h>


#include <stdlib.h>


#include <libavcodec/avcodec.h>


#include <libavformat/avformat.h>


#include <libavutil/opt.h>


void compress_aac(const char *input_file, const char *output_file) {


    AVFormatContext *input_format_ctx = NULL;


    AVFormatContext *output_format_ctx = NULL;


    AVCodecContext *codec_ctx = NULL;


    AVStream *input_stream = NULL;


    AVStream *output_stream = NULL;


    AVCodec *codec = NULL;


    int ret;


    av_register_all();


    if ((ret = avformat_open_input(&input_format_ctx, input_file, NULL, NULL)) < 0) {


        printf("Could not open input file.n");


        return;


    }


    if ((ret = avformat_find_stream_info(input_format_ctx, NULL)) < 0) {


        printf("Could not find stream information.n");


        return;


    }


    input_stream = input_format_ctx->streams[0];


    codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_AAC);


    if (!codec) {


        printf("Could not find AAC encoder.n");


        return;


    }


    output_format_ctx = avformat_alloc_context();


    output_format_ctx->oformat = av_guess_format(NULL, output_file, NULL);


    if (!output_format_ctx->oformat) {


        printf("Could not find output format.n");


        return;


    }


    output_stream = avformat_new_stream(output_format_ctx, codec);


    if (!output_stream) {


        printf("Could not create output stream.n");


        return;


    }


    codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);


    codec_ctx->sample_rate = input_stream->codecpar->sample_rate;


    codec_ctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;


    codec_ctx->channels = av_get_channel_layout_nb_channels(codec_ctx->channel_layout);


    codec_ctx->sample_fmt = codec->sample_fmts[0];


    codec_ctx->bit_rate = 64000;


    if ((ret = avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL)) < 0) {


        printf("Could not open codec.n");


        return;


    }


    avcodec_parameters_from_context(output_stream->codecpar, codec_ctx);


    if ((ret = avio_open(&output_format_ctx->pb, output_file, AVIO_FLAG_WRITE)) < 0) {


        printf("Could not open output file.n");


        return;


    }


    if ((ret = avformat_write_header(output_format_ctx, NULL)) < 0) {


        printf("Error writing header.n");


        return;


    }


    AVFrame *frame = av_frame_alloc();


    frame->nb_samples = codec_ctx->frame_size;


    frame->format = codec_ctx->sample_fmt;


    frame->channel_layout = codec_ctx->channel_layout;


    av_frame_get_buffer(frame, 0);


    AVPacket *packet = av_packet_alloc();


    while (1) {


        if ((ret = av_read_frame(input_format_ctx, packet)) < 0) {


            break;


        }


        if (packet->stream_index == input_stream->index) {


            avcodec_send_packet(codec_ctx, packet);


            while (avcodec_receive_frame(codec_ctx, frame) == 0) {


                avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);


                while (avcodec_receive_packet(codec_ctx, packet) == 0) {


                    packet->stream_index = output_stream->index;


                    av_interleaved_write_frame(output_format_ctx, packet);


                    av_packet_unref(packet);


                }


            }


        }


        av_packet_unref(packet);


    }


    av_write_trailer(output_format_ctx);


    avcodec_free_context(&codec_ctx);


    avformat_close_input(&input_format_ctx);


    avio_close(output_format_ctx->pb);


    avformat_free_context(output_format_ctx);


    av_frame_free(&frame);


    av_packet_free(&packet);


}


int main() {


    compress_aac("input.wav", "output.aac");


    return 0;


}

五、总结

通过使用外部库、实现基本的压缩算法、优化音频数据和选择适当的压缩格式，您可以在C语言中实现高效的音频文件压缩。这些方法不仅可以提高压缩效率，还能保证音质，适用于各种应用场景。希望本文能帮助您更好地掌握音频文件压缩技术，提高项目开发效率。

相关问答FAQs：

1. 什么是音频文件压缩？
音频文件压缩是指通过使用特定的算法和技术，减少音频文件的大小以节省存储空间或降低传输带宽的过程。

2. C语言如何实现音频文件压缩？
在C语言中，可以使用一些库或算法来实现音频文件压缩。例如，可以使用LAME MP3编码库来将音频文件转换为MP3格式，或者使用FLAC库来压缩音频文件为FLAC格式。

3. 有哪些常用的音频压缩算法？
常用的音频压缩算法包括MP3、AAC、FLAC、OGG等。这些算法都有不同的压缩比和音质损失程度，根据不同的需求可以选择适合的算法来压缩音频文件。

原创文章，作者：Edit2，如若转载，请注明出处：https://docs.pingcode.com/baike/1021898

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