Rust音频处理库speexdsp-resampler的使用：高性能音频重采样与DSP处理

speexdsp-resampler是基于c2rust工具移植的speexdsp音频重采样库的Rust绑定。

特性

• [x] 简单的绑定接口
• [x] 安全抽象
• [x] 使用示例
• [ ] 更干净的代码
• [ ] 更全面的API覆盖

安装

在Cargo.toml中添加依赖：

speexdsp-resampler = "0.1.0"

或者运行：

cargo add speexdsp-resampler

示例代码

以下是一个完整的音频重采样示例：

use speexdsp_resampler::Resampler;

fn main() {
    // 输入音频参数
    let in_rate = 44100; // 输入采样率
    let out_rate = 48000; // 输出采样率
    let channels = 2; // 声道数
    let quality = 10; // 质量等级(0-10)
    
    // 创建重采样器
    let mut resampler = Resampler::new(
        channels as u32,
        in_rate as u32,
        out_rate as u32,
        quality,
    ).expect("Failed to create resampler");

    // 示例输入音频数据(双声道)
    let input: Vec<i16> = vec![0; 4410 * 2]; // 0.1秒的静音
    let mut output = vec![0i16; 4800 * 2]; // 输出缓冲区
    
    // 执行重采样
    let (in_len, out_len) = resampler.process_interleaved(
        0, // 输入帧偏移
        &input,
        &mut output,
    ).expect("Resampling failed");
    
    println!("Processed {} input frames to {} output frames", in_len, out_len);
}

更复杂的示例

以下是一个处理真实音频数据的完整示例：

use speexdsp_resampler::Resampler;

fn main() {
    // 假设我们有一些PCM音频数据
    let input_samples = vec![0i16; 44100 * 2]; // 1秒立体声音频
    let input_rate = 44100;
    let output_rate = 48000;
    
    // 计算输出缓冲区大小
    let ratio = output_rate as f32 / input_rate as f32;
    let out_len = (input_samples.len() as f32 * ratio).ceil() as usize;
    let mut output = vec![0i16; out_len];
    
    // 创建高质量重采样器
    let mut resampler = Resampler::new(
        2,          // 立体声
        input_rate, 
        output_rate,
        10,         // 最高质量
    ).unwrap();
    
    // 处理音频
    let (in_processed, out_processed) = resampler
        .process_interleaved(0, &input_samples, &mut output)
        .unwrap();
    
    println!("Resampled {} frames to {} frames", 
        in_processed, 
        out_processed
    );
    
    // 如果需要，可以处理剩余的数据
    let mut remaining_output = vec![0i16; resampler.get_output_len().unwrap()];
    let (_, remaining_out) = resampler
        .process_interleaved(
            in_processed, 
            &[], 
            &mut remaining_output
        )
        .unwrap();
    
    println!("Processed remaining {} frames", remaining_out);
}

完整示例代码

以下是结合上述示例的完整音频重采样实现：

use speexdsp_resampler::Resampler;
use std::fs::File;
use std::io::Read;
use std::path::Path;

fn main() {
    // 1. 读取音频文件(PCM格式)
    let audio_path = Path::new("input.pcm");
    let mut audio_file = File::open(audio_path).expect("无法打开音频文件");
    let mut input_buffer = Vec::new();
    audio_file.read_to_end(&mut input_buffer).expect("读取音频文件失败");
    
    // 转换为i16样本(假设是16位PCM)
    let input_samples: Vec<i16> = input_buffer
        .chunks_exact(2)
        .map(|chunk| i16::from_le_bytes([chunk[0], chunk[1]]))
        .collect();
    
    // 2. 设置重采样参数
    let input_rate = 44100;
    let output_rate = 48000;
    let channels = 2; // 立体声
    let quality = 8; // 平衡质量和性能
    
    // 3. 创建重采样器
    let mut resampler = Resampler::new(
        channels,
        input_rate,
        output_rate,
        quality,
    ).expect("创建重采样器失败");
    
    // 4. 计算输出缓冲区大小
    let ratio = output_rate as f32 / input_rate as f32;
    let out_len = (input_samples.len() as f32 * ratio).ceil() as usize;
    let mut output = vec![0i16; out_len];
    
    // 5. 执行重采样
    let (in_processed, out_processed) = resampler
        .process_interleaved(0, &input_samples, &mut output)
        .expect("重采样失败");
    
    println!("已处理 {} 个输入帧到 {} 个输出帧", in_processed, out_processed);
    
    // 6. 处理剩余数据
    let remaining_len = resampler.get_output_len().expect("获取剩余长度失败");
    if remaining_len > 0 {
        let mut remaining_output = vec![0i16; remaining_len];
        let (_, remaining_out) = resampler
            .process_interleaved(in_processed, &[], &mut remaining_output)
            .expect("处理剩余数据失败");
        
        println!("处理了剩余的 {} 帧", remaining_out);
        
        // 合并输出
        output.extend_from_slice(&remaining_output);
    }
    
    // 7. 保存重采样后的音频
    let output_path = Path::new("output.pcm");
    let mut output_file = File::create(output_path).expect("无法创建输出文件");
    
    // 将i16转换为字节
    let output_bytes: Vec<u8> = output
        .iter()
        .flat_map(|sample| sample.to_le_bytes().to_vec())
        .collect();
    
    output_file.write_all(&output_bytes).expect("写入输出文件失败");
    println!("重采样完成，结果已保存到 output.pcm");
}

注意事项

1. 该库提供了从C移植的绑定接口，某些API可能不够Rust风格
2. 质量参数范围是0-10，数值越高质量越好但CPU消耗也越大
3. 需要处理可能的剩余数据，特别是在音频流结束时

该库采用BSD-3-Clause许可证，适合需要高性能音频重采样的Rust项目。