Esercitazione: Decodifica audio

Questa esercitazione illustra come usare il lettore di origine per decodificare l'audio da un file multimediale e scrivere l'audio in un file WAVE. L'esercitazione si basa sull'esempio di Clip audio .

• Panoramica
• File di intestazione e libreria
• Implementare wmain
• Scrivere il file WAVE
• Configurare il lettore di origine
• Scrivere l'intestazione del file WAVE
• Calcolare le dimensioni massime dei dati
• Decodificare l'audio
• Finalizzare l'intestazione file
• Argomenti correlati

Panoramica

In questa esercitazione verrà creata un'applicazione console che accetta due argomenti della riga di comando: il nome di un file di input contenente un flusso audio e il nome del file di output. L'applicazione legge cinque secondi di dati audio dal file di input e scrive l'audio nel file di output come dati WAVE.

Per ottenere i dati audio decodificati, l'applicazione usa l'oggetto lettore di origine. Il lettore di origine espone l'interfaccia IMFSourceReader . Per scrivere l'audio decodificato nel file WAVE, le applicazioni usano funzioni di I/O di Windows. L'immagine seguente illustra questo processo.

Nel suo formato più semplice, un file WAVE ha la struttura seguente:

Tipo di dati	Dimensioni (byte)	Valore
FOURCC	4	'RIFF'
DWORD	4	Dimensioni totali del file, non incluse le prime 8 byte
FOURCC	4	'WAVE'
FOURCC	4	'fmt '
DWORD	4	Dimensioni dei dati WAVEFORMATEX seguenti.
WAVEFORMATEX	Varia	Intestazione di formato audio.
FOURCC	4	'data'
DWORD	4	Dimensioni dei dati audio.
BYTE[]	Varia	Dati audio.

 

Nota

Un FOURCC è un DWORD formato concatenando quattro caratteri ASCII.

 

Questa struttura di base può essere estesa aggiungendo metadati di file e altre informazioni, oltre l'ambito di questa esercitazione.

File di intestazione e libreria

Includere i file di intestazione seguenti nel progetto:

#define WINVER _WIN32_WINNT_WIN7

#include <windows.h>
#include <mfapi.h>
#include <mfidl.h>
#include <mfreadwrite.h>
#include <stdio.h>
#include <mferror.h>

Collegamento alle librerie seguenti:

• mfplat.lib
• mfreadwrite.lib
• mfuuid.lib

Implementare wmain

Il codice seguente mostra la funzione punto di ingresso per l'applicazione.

int wmain(int argc, wchar_t* argv[])
{
    HeapSetInformation(NULL, HeapEnableTerminationOnCorruption, NULL, 0);

    if (argc != 3)
    {
        printf("arguments: input_file output_file.wav\n");
        return 1;
    }

    const WCHAR *wszSourceFile = argv[1];
    const WCHAR *wszTargetFile = argv[2];

    const LONG MAX_AUDIO_DURATION_MSEC = 5000; // 5 seconds

    HRESULT hr = S_OK;

    IMFSourceReader *pReader = NULL;
    HANDLE hFile = INVALID_HANDLE_VALUE;

    // Initialize the COM library.
    hr = CoInitializeEx(NULL, COINIT_APARTMENTTHREADED | COINIT_DISABLE_OLE1DDE);

    // Initialize the Media Foundation platform.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = MFStartup(MF_VERSION);
    }

    // Create the source reader to read the input file.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = MFCreateSourceReaderFromURL(wszSourceFile, NULL, &pReader);
        if (FAILED(hr))
        {
            printf("Error opening input file: %S\n", wszSourceFile, hr);
        }
    }

    // Open the output file for writing.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hFile = CreateFile(wszTargetFile, GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ, NULL,
            CREATE_ALWAYS, 0, NULL);

        if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
        {
            hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
            printf("Cannot create output file: %S\n", wszTargetFile, hr);
        }
    }

    // Write the WAVE file.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = WriteWaveFile(pReader, hFile, MAX_AUDIO_DURATION_MSEC);
    }

    if (FAILED(hr))
    {
        printf("Failed, hr = 0x%X\n", hr);
    }

    // Clean up.
    if (hFile != INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        CloseHandle(hFile);
    }

    SafeRelease(&pReader);
    MFShutdown();
    CoUninitialize();

    return SUCCEEDED(hr) ? 0 : 1;
};

Questa funzione esegue le operazioni seguenti:

1. Chiama CoInitializeEx per inizializzare la libreria COM.
2. Chiama MFStartup per inizializzare la piattaforma Media Foundation.
3. Chiama MFCreateSourceReaderFromURL per creare il lettore di origine. Questa funzione accetta il nome del file di input e riceve un puntatore dell'interfaccia FMSourceReader .
4. Crea il file di output chiamando la funzione CreateFile , che restituisce un handle di file.
5. Chiama la funzione WriteWavFile definita dall'applicazione. Questa funzione decodifica l'audio e scrive il file WAVE.
6. Rilascia il puntatore IMFSourceReader e l'handle di file.
7. Chiama MFShutdown per arrestare la piattaforma Media Foundation.
8. Chiama CoUninitialize per rilasciare la libreria COM.

Scrivere il file WAVE

La maggior parte del lavoro avviene nella WriteWavFile funzione, chiamata da wmain.

//-------------------------------------------------------------------
// WriteWaveFile
//
// Writes a WAVE file by getting audio data from the source reader.
//
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT WriteWaveFile(
    IMFSourceReader *pReader,   // Pointer to the source reader.
    HANDLE hFile,               // Handle to the output file.
    LONG msecAudioData          // Maximum amount of audio data to write, in msec.
    )
{
    HRESULT hr = S_OK;

    DWORD cbHeader = 0;         // Size of the WAVE file header, in bytes.
    DWORD cbAudioData = 0;      // Total bytes of PCM audio data written to the file.
    DWORD cbMaxAudioData = 0;

    IMFMediaType *pAudioType = NULL;    // Represents the PCM audio format.

    // Configure the source reader to get uncompressed PCM audio from the source file.

    hr = ConfigureAudioStream(pReader, &pAudioType);

    // Write the WAVE file header.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = WriteWaveHeader(hFile, pAudioType, &cbHeader);
    }

    // Calculate the maximum amount of audio to decode, in bytes.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        cbMaxAudioData = CalculateMaxAudioDataSize(pAudioType, cbHeader, msecAudioData);

        // Decode audio data to the file.
        hr = WriteWaveData(hFile, pReader, cbMaxAudioData, &cbAudioData);
    }

    // Fix up the RIFF headers with the correct sizes.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = FixUpChunkSizes(hFile, cbHeader, cbAudioData);
    }

    SafeRelease(&pAudioType);
    return hr;
}

Questa funzione chiama una serie di altre funzioni definite dall'applicazione:

1. La funzione ConfigureAudioStream inizializza il lettore di origine. Questa funzione riceve un puntatore all'interfaccia IMFMediaType , usata per ottenere una descrizione del formato audio decodificato, tra cui frequenza di esempio, numero di canali e profondità bit (bit per esempio).
2. La funzione WriteWaveHeader scrive la prima parte del file WAVE, inclusa l'intestazione e l'inizio del blocco "data".
3. La funzione CalculateMaxAudioDataSize calcola la quantità massima di audio da scrivere nel file, in byte.
4. La funzione WriteWaveData scrive i dati audio PCM nel file.
5. La funzione FixUpChunkSizes scrive le informazioni sulle dimensioni dei file visualizzate dopo i valori FOURCC e 'data' del file WAVE. Questi valori non sono noti fino al WriteWaveData completamento.

Queste funzioni vengono visualizzate nelle sezioni rimanenti di questa esercitazione.

Configurare il lettore di origine

La ConfigureAudioStream funzione configura il lettore di origine per decodificare il flusso audio nel file di origine. Restituisce anche informazioni sul formato dell'audio decodificato.

In Media Foundation i formati multimediali vengono descritti usando oggetti di tipo multimediale . Un oggetto tipo di supporto espone l'interfaccia IMFMediaType , che eredita l'interfaccia IMFAttributes . Essenzialmente, un tipo di supporto è una raccolta di proprietà che descrivono il formato. Per altre informazioni, vedere Tipi di supporti.

//-------------------------------------------------------------------
// ConfigureAudioStream
//
// Selects an audio stream from the source file, and configures the
// stream to deliver decoded PCM audio.
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT ConfigureAudioStream(
    IMFSourceReader *pReader,   // Pointer to the source reader.
    IMFMediaType **ppPCMAudio   // Receives the audio format.
    )
{
    IMFMediaType *pUncompressedAudioType = NULL;
    IMFMediaType *pPartialType = NULL;

    // Select the first audio stream, and deselect all other streams.
    HRESULT hr = pReader->SetStreamSelection(
        (DWORD)MF_SOURCE_READER_ALL_STREAMS, FALSE);

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pReader->SetStreamSelection(
            (DWORD)MF_SOURCE_READER_FIRST_AUDIO_STREAM, TRUE);
    }

    // Create a partial media type that specifies uncompressed PCM audio.
    hr = MFCreateMediaType(&pPartialType);

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pPartialType->SetGUID(MF_MT_MAJOR_TYPE, MFMediaType_Audio);
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pPartialType->SetGUID(MF_MT_SUBTYPE, MFAudioFormat_PCM);
    }

    // Set this type on the source reader. The source reader will
    // load the necessary decoder.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pReader->SetCurrentMediaType(
            (DWORD)MF_SOURCE_READER_FIRST_AUDIO_STREAM,
            NULL, pPartialType);
    }

    // Get the complete uncompressed format.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pReader->GetCurrentMediaType(
            (DWORD)MF_SOURCE_READER_FIRST_AUDIO_STREAM,
            &pUncompressedAudioType);
    }

    // Ensure the stream is selected.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pReader->SetStreamSelection(
            (DWORD)MF_SOURCE_READER_FIRST_AUDIO_STREAM,
            TRUE);
    }

    // Return the PCM format to the caller.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        *ppPCMAudio = pUncompressedAudioType;
        (*ppPCMAudio)->AddRef();
    }

    SafeRelease(&pUncompressedAudioType);
    SafeRelease(&pPartialType);
    return hr;
}

La ConfigureAudioStream funzione esegue le operazioni seguenti:

1. Chiama il metodo IMFSourceReader::SetStreamSelection per selezionare il flusso audio e deselezionare tutti gli altri flussi. Questo passaggio può migliorare le prestazioni, perché impedisce al lettore di origine di mantenere i fotogrammi video che l'applicazione non usa.
2. Crea un tipo di supporto parziale che specifica l'audio PCM. La funzione crea il tipo parziale come indicato di seguito:
   1. Chiama MFCreateMediaType per creare un oggetto tipo di supporto vuoto.
   2. Imposta l'attributo MF_MT_MAJOR_TYPEsu MFMediaType_Audio.
   3. Imposta l'attributo MF_MT_SUBTYPE su MFAudioFormat_PCM.
3. Chiama IMFSourceReader::SetCurrentMediaType per impostare il tipo parziale nel lettore di origine. Se il file di origine contiene audio codificato, il lettore di origine carica automaticamente il decodificatore audio necessario.
4. Chiama IMFSourceReader::GetCurrentMediaType per ottenere il tipo di supporto PCM effettivo. Questo metodo restituisce un tipo di supporto con tutti i dettagli del formato compilati, ad esempio la frequenza di campionamento audio e il numero di canali.
5. Chiama IMFSourceReader::SetStreamSelection per abilitare il flusso audio.

Scrivere l'intestazione del file WAVE

La WriteWaveHeader funzione scrive l'intestazione del file WAVE.

L'unica API Media Foundation chiamata da questa funzione è MFCreateWaveFormatExFromMFMediaType, che converte il tipo di supporto in una struttura WAVEFORMATEX .

//-------------------------------------------------------------------
// WriteWaveHeader
//
// Write the WAVE file header.
//
// Note: This function writes placeholder values for the file size
// and data size, as these values will need to be filled in later.
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT WriteWaveHeader(
    HANDLE hFile,               // Output file.
    IMFMediaType *pMediaType,   // PCM audio format.
    DWORD *pcbWritten           // Receives the size of the header.
    )
{
    HRESULT hr = S_OK;
    UINT32 cbFormat = 0;

    WAVEFORMATEX *pWav = NULL;

    *pcbWritten = 0;

    // Convert the PCM audio format into a WAVEFORMATEX structure.
    hr = MFCreateWaveFormatExFromMFMediaType(pMediaType, &pWav, &cbFormat);

    // Write the 'RIFF' header and the start of the 'fmt ' chunk.
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        DWORD header[] = {
            // RIFF header
            FCC('RIFF'),
            0,
            FCC('WAVE'),
            // Start of 'fmt ' chunk
            FCC('fmt '),
            cbFormat
        };

        DWORD dataHeader[] = { FCC('data'), 0 };

        hr = WriteToFile(hFile, header, sizeof(header));

        // Write the WAVEFORMATEX structure.
        if (SUCCEEDED(hr))
        {
            hr = WriteToFile(hFile, pWav, cbFormat);
        }

        // Write the start of the 'data' chunk

        if (SUCCEEDED(hr))
        {
            hr = WriteToFile(hFile, dataHeader, sizeof(dataHeader));
        }

        if (SUCCEEDED(hr))
        {
            *pcbWritten = sizeof(header) + cbFormat + sizeof(dataHeader);
        }
    }


    CoTaskMemFree(pWav);
    return hr;
}

La WriteToFile funzione è una semplice funzione helper che esegue il wrapping della funzione WriteFile di Windows e restituisce un valore HRESULT .

//-------------------------------------------------------------------
//
// Writes a block of data to a file
//
// hFile: Handle to the file.
// p: Pointer to the buffer to write.
// cb: Size of the buffer, in bytes.
//
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT WriteToFile(HANDLE hFile, void* p, DWORD cb)
{
    DWORD cbWritten = 0;
    HRESULT hr = S_OK;

    BOOL bResult = WriteFile(hFile, p, cb, &cbWritten, NULL);
    if (!bResult)
    {
        hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
    }
    return hr;
}

Calcolare le dimensioni massime dei dati

Poiché le dimensioni del file vengono archiviate come valore a 4 byte nell'intestazione del file, un file WAVE è limitato a una dimensione massima di 0xFFFFFFFF byte, ovvero circa 4 GB. Questo valore include le dimensioni dell'intestazione del file. L'audio PCM ha una velocità di bit costante, quindi è possibile calcolare le dimensioni massime dei dati dal formato audio, come indicato di seguito:

//-------------------------------------------------------------------
// CalculateMaxAudioDataSize
//
// Calculates how much audio to write to the WAVE file, given the
// audio format and the maximum duration of the WAVE file.
//-------------------------------------------------------------------

DWORD CalculateMaxAudioDataSize(
    IMFMediaType *pAudioType,    // The PCM audio format.
    DWORD cbHeader,              // The size of the WAVE file header.
    DWORD msecAudioData          // Maximum duration, in milliseconds.
    )
{
    UINT32 cbBlockSize = 0;         // Audio frame size, in bytes.
    UINT32 cbBytesPerSecond = 0;    // Bytes per second.

    // Get the audio block size and number of bytes/second from the audio format.

    cbBlockSize = MFGetAttributeUINT32(pAudioType, MF_MT_AUDIO_BLOCK_ALIGNMENT, 0);
    cbBytesPerSecond = MFGetAttributeUINT32(pAudioType, MF_MT_AUDIO_AVG_BYTES_PER_SECOND, 0);

    // Calculate the maximum amount of audio data to write.
    // This value equals (duration in seconds x bytes/second), but cannot
    // exceed the maximum size of the data chunk in the WAVE file.

        // Size of the desired audio clip in bytes:
    DWORD cbAudioClipSize = (DWORD)MulDiv(cbBytesPerSecond, msecAudioData, 1000);

    // Largest possible size of the data chunk:
    DWORD cbMaxSize = MAXDWORD - cbHeader;

    // Maximum size altogether.
    cbAudioClipSize = min(cbAudioClipSize, cbMaxSize);

    // Round to the audio block size, so that we do not write a partial audio frame.
    cbAudioClipSize = (cbAudioClipSize / cbBlockSize) * cbBlockSize;

    return cbAudioClipSize;
}

Per evitare fotogrammi audio parziali, la dimensione viene arrotondata all'allineamento del blocco, archiviato nell'attributo MF_MT_AUDIO_BLOCK_ALIGNMENT .

Decodificare l'audio

La WriteWaveData funzione legge l'audio decodificato dal file di origine e scrive nel file WAVE.

//-------------------------------------------------------------------
// WriteWaveData
//
// Decodes PCM audio data from the source file and writes it to
// the WAVE file.
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT WriteWaveData(
    HANDLE hFile,               // Output file.
    IMFSourceReader *pReader,   // Source reader.
    DWORD cbMaxAudioData,       // Maximum amount of audio data (bytes).
    DWORD *pcbDataWritten       // Receives the amount of data written.
    )
{
    HRESULT hr = S_OK;
    DWORD cbAudioData = 0;
    DWORD cbBuffer = 0;
    BYTE *pAudioData = NULL;

    IMFSample *pSample = NULL;
    IMFMediaBuffer *pBuffer = NULL;

    // Get audio samples from the source reader.
    while (true)
    {
        DWORD dwFlags = 0;

        // Read the next sample.
        hr = pReader->ReadSample(
            (DWORD)MF_SOURCE_READER_FIRST_AUDIO_STREAM,
            0, NULL, &dwFlags, NULL, &pSample );

        if (FAILED(hr)) { break; }

        if (dwFlags & MF_SOURCE_READERF_CURRENTMEDIATYPECHANGED)
        {
            printf("Type change - not supported by WAVE file format.\n");
            break;
        }
        if (dwFlags & MF_SOURCE_READERF_ENDOFSTREAM)
        {
            printf("End of input file.\n");
            break;
        }

        if (pSample == NULL)
        {
            printf("No sample\n");
            continue;
        }

        // Get a pointer to the audio data in the sample.

        hr = pSample->ConvertToContiguousBuffer(&pBuffer);

        if (FAILED(hr)) { break; }


        hr = pBuffer->Lock(&pAudioData, NULL, &cbBuffer);

        if (FAILED(hr)) { break; }


        // Make sure not to exceed the specified maximum size.
        if (cbMaxAudioData - cbAudioData < cbBuffer)
        {
            cbBuffer = cbMaxAudioData - cbAudioData;
        }

        // Write this data to the output file.
        hr = WriteToFile(hFile, pAudioData, cbBuffer);

        if (FAILED(hr)) { break; }

        // Unlock the buffer.
        hr = pBuffer->Unlock();
        pAudioData = NULL;

        if (FAILED(hr)) { break; }

        // Update running total of audio data.
        cbAudioData += cbBuffer;

        if (cbAudioData >= cbMaxAudioData)
        {
            break;
        }

        SafeRelease(&pSample);
        SafeRelease(&pBuffer);
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        printf("Wrote %d bytes of audio data.\n", cbAudioData);

        *pcbDataWritten = cbAudioData;
    }

    if (pAudioData)
    {
        pBuffer->Unlock();
    }

    SafeRelease(&pBuffer);
    SafeRelease(&pSample);
    return hr;
}

La WriteWaveData funzione esegue le operazioni seguenti in un ciclo:

1. Chiama IMFSourceReader::ReadSample per leggere l'audio dal file di origine. Il parametro dwFlags riceve un OR bit per bit di flag dall'enumerazione MF_SOURCE_READER_FLAG . Il parametro pSample riceve un puntatore all'interfaccia IMFSample , che viene usata per accedere ai dati audio. In alcuni casi una chiamata a ReadSample non genera dati, nel qual caso il puntatore IMFSample è NULL.
2. Controlla dwFlags per i flag seguenti:
   • MF_SOURCE_READERF_CURRENTMEDIATYPECHANGED. Questo flag indica una modifica del formato nel file di origine. I file WAVE non supportano le modifiche al formato.
   • MF_SOURCE_READERF_ENDOFSTREAM. Questo flag indica la fine del flusso.
3. Chiama IMFSample::ConvertToContiguousBuffer per ottenere un puntatore a un oggetto buffer.
4. Chiama IMFMediaBuffer::Lock per ottenere un puntatore alla memoria del buffer.
5. Scrive i dati audio nel file di output.
6. Chiama IMFMediaBuffer::Unlock per sbloccare l'oggetto buffer.

La funzione si interrompe dal ciclo quando si verifica una delle operazioni seguenti:

• Il formato del flusso cambia.
• È stata raggiunta la fine del flusso.
• La quantità massima di dati audio viene scritta nel file di output.
• Si verifica un errore.

Finalizzare l'intestazione del file

I valori delle dimensioni archiviati nell'intestazione WAVE non sono noti fino al completamento della funzione precedente. I FixUpChunkSizes valori seguenti vengono compilati:

//-------------------------------------------------------------------
// FixUpChunkSizes
//
// Writes the file-size information into the WAVE file header.
//
// WAVE files use the RIFF file format. Each RIFF chunk has a data
// size, and the RIFF header has a total file size.
//-------------------------------------------------------------------

HRESULT FixUpChunkSizes(
    HANDLE hFile,           // Output file.
    DWORD cbHeader,         // Size of the 'fmt ' chuck.
    DWORD cbAudioData       // Size of the 'data' chunk.
    )
{
    HRESULT hr = S_OK;

    LARGE_INTEGER ll;
    ll.QuadPart = cbHeader - sizeof(DWORD);

    if (0 == SetFilePointerEx(hFile, ll, NULL, FILE_BEGIN))
    {
        hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
    }

    // Write the data size.

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = WriteToFile(hFile, &cbAudioData, sizeof(cbAudioData));
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        // Write the file size.
        ll.QuadPart = sizeof(FOURCC);

        if (0 == SetFilePointerEx(hFile, ll, NULL, FILE_BEGIN))
        {
            hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
        }
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        DWORD cbRiffFileSize = cbHeader + cbAudioData - 8;

        // NOTE: The "size" field in the RIFF header does not include
        // the first 8 bytes of the file. (That is, the size of the
        // data that appears after the size field.)

        hr = WriteToFile(hFile, &cbRiffFileSize, sizeof(cbRiffFileSize));
    }

    return hr;
}

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Tipi di supporti audio

Lettore di origine

IMFSourceReader