Расшифровка аудиоданных Opus

я думаю opus_demo.c программа из исходный архив есть то, что вы хотите.

Это довольно сложно, хотя, из-за всего несвязанного кода, относящегося к

• кодирование, анализ параметров кодировщика из аргументов командной строки
• внедрение искусственной потери пакетов
• случайный выбор размера кадра / изменение на лету
• внутриполосный FEC (имеется в виду декодирование в два буфера, переключение между двумя)
• отладка и проверка
• статистические данные о скорости передачи

Удаление всех этих битов является очень утомительная работа, как оказалось. Но как только вы это сделаете, вы получите довольно чистый, понятный код, см. Ниже.

Обратите внимание, что я

• сохранил код протокола «потери пакетов» (даже если при чтении из файла потеря пакетов не произойдет)
• сохранил код, который проверяет окончательный диапазон после декодирования каждого кадра

Главным образом потому, что он, кажется, не усложняет код, и вы можете быть заинтересованы в нем.

Я протестировал эту программу двумя способами:

• на слух (проверяя, что моно WAV ранее закодированы с использованием opus_demo был правильно декодирован с использованием этого разделенного декодера). Тестовый файл был ~ 23Mb, сжатый 2.9Mb.
• регрессия проверена вместе с ванильным opus_demo при вызове с ./opus_demo -d 48000 1 <opus-file> <pcm-file>, Результирующий файл был таким же md5sum контрольная сумма как декодированная с использованием раздетого декодера.

ОСНОВНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ Я C ++ — ified код. Это должно заставить вас где-то использовать iostreams.

• Обратите внимание на цикл fin.readsome сейчас; этот цикл может быть сделан «асинхронным» (то есть он может быть выполнен для возврата и продолжения чтения при поступлении новых данных (на следующем вызове вашего Decode функционировать?)^[1]
• Я вырезал зависимости от opus.h из заголовочного файла
• Я заменил «все» ручное управление памятью на стандартную библиотеку (vector, unique_ptr) для исключения безопасности и надежности.
• Я реализовал OpusErrorException класс, вытекающий из std::exception который используется для распространения ошибок от libopus

Посмотреть весь код + Makefile здесь: https://github.com/sehe/opus/tree/master/contrib

^[1] для истинного асинхронного ввода-вывода (например, сети или последовательной связи) рассмотрите возможность использования Boost Asio, см., например, http://www.boost.org/doc/libs/1_53_0/doc/html/boost_asio/overview/networking/iostreams.html

Заголовочный файл

// (c) Seth Heeren 2013
//
// Based on src/opus_demo.c in opus-1.0.2
// License see http://www.opus-codec.org/license/
#include <stdexcept>
#include <memory>
#include <iosfwd>

struct OpusErrorException : public virtual std::exception
{
OpusErrorException(int code) : code(code) {}
const char* what() const noexcept;
private:
const int code;
};

struct COpusCodec
{
COpusCodec(int32_t sampling_rate, int channels);
~COpusCodec();

bool decode_frame(std::istream& fin, std::ostream& fout);
private:
struct Impl;
std::unique_ptr<Impl> _pimpl;
};

Файл реализации

// (c) Seth Heeren 2013
//
// Based on src/opus_demo.c in opus-1.0.2
// License see http://www.opus-codec.org/license/
#include "COpusCodec.hpp"#include <vector>
#include <iomanip>
#include <memory>
#include <sstream>

#include "opus.h"
#define MAX_PACKET 1500

const char* OpusErrorException::what() const noexcept
{
return opus_strerror(code);
}

// I'd suggest reading with boost::spirit::big_dword or similar
static uint32_t char_to_int(char ch[4])
{
return static_cast<uint32_t>(static_cast<unsigned char>(ch[0])<<24) |
static_cast<uint32_t>(static_cast<unsigned char>(ch[1])<<16) |
static_cast<uint32_t>(static_cast<unsigned char>(ch[2])<< 8) |
static_cast<uint32_t>(static_cast<unsigned char>(ch[3])<< 0);
}

struct COpusCodec::Impl
{
Impl(int32_t sampling_rate = 48000, int channels = 1)
:
_channels(channels),
_decoder(nullptr, &opus_decoder_destroy),
_state(_max_frame_size, MAX_PACKET, channels)
{
int err = OPUS_OK;
auto raw = opus_decoder_create(sampling_rate, _channels, &err);
_decoder.reset(err == OPUS_OK? raw : throw OpusErrorException(err) );
}

bool decode_frame(std::istream& fin, std::ostream& fout)
{
char ch[4] = {0};

if (!fin.read(ch, 4) && fin.eof())
return false;

uint32_t len = char_to_int(ch);

if(len>_state.data.size())
throw std::runtime_error("Invalid payload length");

fin.read(ch, 4);
const uint32_t enc_final_range = char_to_int(ch);
const auto data = reinterpret_cast<char*>(&_state.data.front());

size_t read = 0ul;
for (auto append_position = data; fin && read<len; append_position += read)
{
read += fin.readsome(append_position, len-read);
}

if(read<len)
{
std::ostringstream oss;
oss << "Ran out of input, expecting " << len << " bytes got " << read << " at " << fin.tellg();
throw std::runtime_error(oss.str());
}

int output_samples;
const bool lost = (len==0);
if(lost)
{
opus_decoder_ctl(_decoder.get(), OPUS_GET_LAST_PACKET_DURATION(&output_samples));
}
else
{
output_samples = _max_frame_size;
}

output_samples = opus_decode(
_decoder.get(),
lost ? NULL : _state.data.data(),
len,
_state.out.data(),
output_samples,
0);

if(output_samples>0)
{
for(int i=0; i<(output_samples)*_channels; i++)
{
short s;
s=_state.out[i];
_state.fbytes[2*i]   = s&0xFF;
_state.fbytes[2*i+1] = (s>>8)&0xFF;
}
if(!fout.write(reinterpret_cast<char*>(_state.fbytes.data()), sizeof(short)* _channels * output_samples))
throw std::runtime_error("Error writing");
}
else
{
throw OpusErrorException(output_samples); // negative return is error code
}

uint32_t dec_final_range;
opus_decoder_ctl(_decoder.get(), OPUS_GET_FINAL_RANGE(&dec_final_range));

/* compare final range encoder rng values of encoder and decoder */
if(enc_final_range!=0
&& !lost && !_state.lost_prev
&& dec_final_range != enc_final_range)
{
std::ostringstream oss;
oss << "Error: Range coder state mismatch between encoder and decoder in frame " << _state.frameno << ": " <<
"0x" << std::setw(8) << std::setfill('0') << std::hex << (unsigned long)enc_final_range <<
"0x" << std::setw(8) << std::setfill('0') << std::hex << (unsigned long)dec_final_range;

throw std::runtime_error(oss.str());
}

_state.lost_prev = lost;
_state.frameno++;

return true;
}
private:
const int _channels;
const int _max_frame_size = 960*6;
std::unique_ptr<OpusDecoder, void(*)(OpusDecoder*)> _decoder;

struct State
{
State(int max_frame_size, int max_payload_bytes, int channels) :
out   (max_frame_size*channels),
fbytes(max_frame_size*channels*sizeof(decltype(out)::value_type)),
data  (max_payload_bytes)
{ }

std::vector<short>         out;
std::vector<unsigned char> fbytes, data;
int32_t frameno   = 0;
bool    lost_prev = true;
};
State _state;
};

COpusCodec::COpusCodec(int32_t sampling_rate, int channels)
: _pimpl(std::unique_ptr<Impl>(new Impl(sampling_rate, channels)))
{
//
}

COpusCodec::~COpusCodec()
{
// this instantiates the pimpl deletor code on the, now-complete, pimpl class
}

bool COpusCodec::decode_frame(
std::istream& fin,
std::ostream& fout)
{
return _pimpl->decode_frame(fin, fout);
}

test.cpp

// (c) Seth Heeren 2013
//
// Based on src/opus_demo.c in opus-1.0.2
// License see http://www.opus-codec.org/license/
#include <fstream>
#include <iostream>

#include "COpusCodec.hpp"
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != 3)
{
std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <input> <output>\n";
return 255;
}

std::basic_ifstream<char> fin (argv[1], std::ios::binary);
std::basic_ofstream<char> fout(argv[2], std::ios::binary);

if(!fin)  throw std::runtime_error("Could not open input file");
if(!fout) throw std::runtime_error("Could not open output file");

try
{
COpusCodec codec(48000, 1);

size_t frames = 0;
while(codec.decode_frame(fin, fout))
{
frames++;
}

std::cout << "Successfully decoded " << frames << " frames\n";
}
catch(OpusErrorException const& e)
{
std::cerr << "OpusErrorException: " << e.what() << "\n";
return 255;
}
}