Golang与FFmpeg: 如何实现音频降噪和失真修复
引言:
在音频处理领域，降噪和失真修复是两个非常重要的任务。通过降噪可以去除音频中的噪声，改善音质，使得音频更清晰；而失真修复则可以修复因为传输或者录制等原因引入的失真，使得音频恢复原本的音质。本文将介绍如何使用Golang和FFmpeg库来实现音频降噪和失真修复，并附有具体的代码示例。
一、安装和配置FFmpeg
首先，我们需要安装FFmpeg库并配置好环境。在Linux系统上，可以使用包管理工具进行安装，如：
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$ sudo apt-get install ffmpeg
在Windows系统上，可以从FFmpeg的官方网站下载安装包进行安装。
安装完成后，我们需要在Golang中引入FFmpeg库。可以使用Go的包管理工具进行安装，如：
$ go get github.com/giorgisio/goav/avformat $ go get github.com/giorgisio/goav/avutil
然后，在代码中引入FFmpeg库：
import (
"github.com/giorgisio/goav/avformat"
"github.com/giorgisio/goav/avutil"
)二、音频降噪的实现
音频降噪可以通过去除频谱中的噪声成分来实现。在FFmpeg中，我们可以使用Denoise音频滤波器来进行降噪。
具体代码如下：
func denoise(inputFile string, outputFile string) error {
inputFormat := avformat.AvFindInputFormat("wav")
avformat.AvRegisterAll()
// 打开输入文件
inputContext := avformat.AvformatAllocContext()
if avformat.AvformatOpenInput(&inputContext, inputFile, inputFormat, nil) != 0 {
return fmt.Errorf("failed to open input file")
}
defer avformat.AvformatCloseInput(&inputContext)
// 打开输出文件
outputContext := avformat.AvformatAllocContext()
if avformat.AvformatAllocOutputContext2(&outputContext, nil, "wav", outputFile) != 0 {
return fmt.Errorf("failed to create output context")
}
defer avformat.AvformatFreeContext(outputContext)
// 寻找音频流
if avformat.AvformatFindStreamInfo(inputContext, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to find stream info")
}
audioStreamIndex := -1
for i := 0; i < len(inputContext.Streams); i++ {
if inputContext.Streams[i].CodecParameters.GetCodecType() == avformat.AVMEDIA_TYPE_AUDIO {
audioStreamIndex = i
break
}
}
if audioStreamIndex == -1 {
return fmt.Errorf("failed to find audio stream")
}
audioStream := inputContext.Streams[audioStreamIndex]
codecParameters := audioStream.CodecParameters
// 初始化解码器
decoder := avformat.AvcodecFindDecoder(codecParameters.GetCodecId())
if decoder == nil {
return fmt.Errorf("failed to find decoder")
}
codecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(decoder)
if codecContext == nil {
return fmt.Errorf("failed to allocate codec context")
}
if avformat.AvcodecParametersToContext(codecContext, codecParameters) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to copy codec parameters")
}
if avformat.AvcodecOpen2(codecContext, decoder, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to open decoder")
}
// 初始化音频处理滤镜
filters := fmt.Sprintf("anullsrc=cl=stereo|cr=44100,ade noise" +
"=all_mode=0:amount=0.8,f=format=s16p:samplerate=44100" +
":sample_fmts=s16", codecParameters.SampleRate)
audioFilterGraph := avutil.AvfilterGraphAlloc()
if avutil.AvfilterGraphParse2(audioFilterGraph, filters, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to parse filter graph")
}
// 初始化音频转换器
audioConvertContext := avutil.AvAudioResampleInit(codecContext.Channels,
codecContext.SampleRate, codecParameters.SampleRate,
codecParameters.Channels, avutil.SampleFormat(codecParameters.Format),
avutil.SampleFormat(avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16), 0, 0, nil)
if audioConvertContext == nil {
return fmt.Errorf("failed to init audio resampler")
}
// 初始化输出编码器
outputCodec := avformat.AvcodecFindEncoder(avformat.CodecId(codecParameters.GetCodecId()))
if outputCodec == nil {
return fmt.Errorf("failed to find output encoder")
}
outputCodecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(outputCodec)
if outputCodecContext == nil {
return fmt.Errorf("failed to allocate output codec context")
}
outputCodecContext.SampleRate = codecParameters.SampleRate
outputCodecContext.Channels = codecParameters.Channels
outputCodecContext.SampleFmt = avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16
outputCodecContext.BitRate = codecParameters.BitRate
if avformat.AvcodecOpen2(outputCodecContext, outputCodec, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to open output encoder")
}
// 初始化输出流
outputStream := outputContext.AvformatNewStream(outputCodec)
if outputStream == nil {
return fmt.Errorf("failed to create output stream")
}
outputStream.CodecParameters = codecParameters
// 写入输出文件头
if avformat.AvformatWriteHeader(outputContext, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to write output header")
}
// 音频流降噪并写入输出文件
packet := avformat.AvPacketAlloc()
for avformat.AvReadFrame(inputContext, packet) >= 0 {
if packet.StreamIndex == audioStreamIndex {
// 解码音频帧
frame := avutil.AvFrameAlloc()
if avformat.AvcodecSendPacket(codecContext, packet) == 0 {
for avformat.AvcodecReceiveFrame(codecContext, frame) >= 0 {
// 音频降噪
avutil.AvBuffersrcAddFrameFlags(audioFilterGraph.GetInputs()[0], frame, 0)
for avutil.AvBuffersinkGetFrame(audioFilterGraph.GetOutputs()[0].GetFilterContext(), frame) >= 0 {
// 音频转换
avutil.AvAudioResampleConvert(audioConvertContext, &frame.Data, frame.GetExtendedData(),
frame.GetNbSamples(), frame.Channels, frame.Format, frame.SampleRate, 0)
// 编码音频
if avformat.AvcodecSendFrame(outputCodecContext, frame) == 0 {
for avformat.AvcodecReceivePacket(outputCodecContext, packet) >= 0 {
packet.StreamIndex = outputStream.Index
avformat.AvpacketRescaleTs(packet, codecContext.TimeBase, outputStream.TimeBase)
avformat.AvInterleavedWriteFrame(outputContext, packet)
avformat.AvPacketUnref(packet)
}
}
}
}
}
avutil.AvFrameFree(&frame)
}
avformat.AvPacketUnref(packet)
}
// 写入输出文件尾
avformat.AvWriteTrailer(outputContext)
return nil
}三、音频失真修复的实现
音频失真修复可以通过一些算法来恢复原本的音质。在FFmpeg中，我们可以使用修复音高的音频滤波器来实现失真修复。
具体代码如下：
func distort(inputFile string, outputFile string) error {
inputFormat := avformat.AvFindInputFormat("wav")
avformat.AvRegisterAll()
// 打开输入文件
inputContext := avformat.AvformatAllocContext()
if avformat.AvformatOpenInput(&inputContext, inputFile, inputFormat, nil) != 0 {
return fmt.Errorf("failed to open input file")
}
defer avformat.AvformatCloseInput(&inputContext)
// 打开输出文件
outputContext := avformat.AvformatAllocContext()
if avformat.AvformatAllocOutputContext2(&outputContext, nil, "wav", outputFile) != 0 {
return fmt.Errorf("failed to create output context")
}
defer avformat.AvformatFreeContext(outputContext)
// 寻找音频流
if avformat.AvformatFindStreamInfo(inputContext, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to find stream info")
}
audioStreamIndex := -1
for i := 0; i < len(inputContext.Streams); i++ {
if inputContext.Streams[i].CodecParameters.GetCodecType() == avformat.AVMEDIA_TYPE_AUDIO {
audioStreamIndex = i
break
}
}
if audioStreamIndex == -1 {
return fmt.Errorf("failed to find audio stream")
}
audioStream := inputContext.Streams[audioStreamIndex]
codecParameters := audioStream.CodecParameters
// 初始化解码器
decoder := avformat.AvcodecFindDecoder(codecParameters.GetCodecId())
if decoder == nil {
return fmt.Errorf("failed to find decoder")
}
codecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(decoder)
if codecContext == nil {
return fmt.Errorf("failed to allocate codec context")
}
if avformat.AvcodecParametersToContext(codecContext, codecParameters) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to copy codec parameters")
}
if avformat.AvcodecOpen2(codecContext, decoder, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to open decoder")
}
// 初始化音频处理滤镜
filters := fmt.Sprintf("asetrate=44100,aresample=44100,atempo=1")
audioFilterGraph := avutil.AvfilterGraphAlloc()
if avutil.AvfilterGraphParse2(audioFilterGraph, filters, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to parse filter graph")
}
// 初始化输出编码器
outputCodec := avformat.AvcodecFindEncoder(avformat.CodecId(codecParameters.GetCodecId()))
if outputCodec == nil {
return fmt.Errorf("failed to find output encoder")
}
outputCodecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(outputCodec)
if outputCodecContext == nil {
return fmt.Errorf("failed to allocate output codec context")
}
outputCodecContext.SampleRate = codecParameters.SampleRate
outputCodecContext.Channels = codecParameters.Channels
outputCodecContext.SampleFmt = avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16
outputCodecContext.BitRate = codecParameters.BitRate
if avformat.AvcodecOpen2(outputCodecContext, outputCodec, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to open output encoder")
}
// 初始化输出流
outputStream := outputContext.AvformatNewStream(outputCodec)
if outputStream == nil {
return fmt.Errorf("failed to create output stream")
}
outputStream.CodecParameters = codecParameters
// 写入输出文件头
if avformat.AvformatWriteHeader(outputContext, nil) < 0 {
return fmt.Errorf("failed to write output header")
}
// 音频流失真修复并写入输出文件
packet := avformat.AvPacketAlloc()
for avformat.AvReadFrame(inputContext, packet) >= 0 {
if packet.StreamIndex == audioStreamIndex {
// 解码音频帧
frame := avutil.AvFrameAlloc()
if avformat.AvcodecSendPacket(codecContext, packet) == 0 {
for avformat.AvcodecReceiveFrame(codecContext, frame) >= 0 {
// 音频失真修复
avutil.AvBuffersrcAddFrameFlags(audioFilterGraph.GetInputs()[0], frame, 0)
for avutil.AvBuffersinkGetFrame(audioFilterGraph.GetOutputs()[0].GetFilterContext(), frame) >= 0 {
// 编码音频
if avformat.AvcodecSendFrame(outputCodecContext, frame) == 0 {
for avformat.AvcodecReceivePacket(outputCodecContext, packet) >= 0 {
packet.StreamIndex = outputStream.Index
avformat.AvpacketRescaleTs(packet, codecContext.TimeBase, outputStream.TimeBase)
avformat.AvInterleavedWriteFrame(outputContext, packet)
avformat.AvPacketUnref(packet)
}
}
}
}
}
avutil.AvFrameFree(&frame)
}
avformat.AvPacketUnref(packet)
}
// 写入输出文件尾
avformat.AvWriteTrailer(outputContext)
return nil
}总结:
通过使用Golang语言和FFmpeg库，我们可以很容易地实现音频降噪和失真修复的功能。在降噪方面，我们使用了Denoise音频滤波器来去除噪声；在失真修复方面，我们使用了修复音高的音频滤波器来恢复音频的原始音质。以上是具体的代码示例，希望对您有所帮助。
