Rust音频编解码库audiopus的使用：高性能Opus音频编码与解码实现

audiopus 是 Opus 1.3 版本的高级绑定库。最初，这个crate是为了增强serenity库在Windows、Linux和Mac上构建音频功能而创建的。

安装

在您的Cargo.toml中添加以下依赖：

[dependencies]
audiopus = "0.2"

构建要求

UNIX/GNU/MSYS2

需要安装gcc、libclang、make、automake、autoconf和libtool。

MSVC

当前audiopus链接到预构建的Opus库，应该可以直接工作。支持x86和x64的动态或静态构建。

完整示例代码

以下是一个使用audiopus进行音频编码和解码的完整示例：

use audiopus::{coder::Encoder, Application, Channels, Error, SampleRate};

fn main() -> Result<(), Error> {
    // 初始化编码器
    let mut encoder = Encoder::new(
        SampleRate::Hz48000,  // 采样率: 48kHz
        Channels::Stereo,      // 声道: 立体声
        Application::Audio,    // 应用类型: 音频
    )?;

    // 初始化解码器
    let mut decoder = audiopus::coder::Decoder::new(
        SampleRate::Hz48000,  // 采样率: 48kHz
        Channels::Stereo,      // 声道: 立体声
    )?;

    // 假设的输入音频数据 (PCM格式)
    let pcm_input = vec![0i16; 960];  // 10ms的48kHz立体声数据 (48000/1000*10*2=960)
    
    // 编码缓冲区
    let mut encoded = vec![0u8; 4000];  // Opus编码后的数据缓冲区
    
    // 编码PCM数据
    let encoded_len = encoder.encode(&pcm_input, &mut encoded)?;
    
    println!("编码后数据长度: {} 字节", encoded_len);
    
    // 解码缓冲区
    let mut decoded = vec![0i16; 960];  // 解码后的PCM数据缓冲区
    
    // 解码Opus数据
    let decoded_len = decoder.decode(Some(&encoded[..encoded_len]), &mut decoded, false)?;
    
    println!("解码后采样数: {}", decoded_len);
    
    Ok(())
}

编码器配置选项

use audiopus::{Bitrate, Signal};

// 配置编码器参数
encoder.set_bitrate(Bitrate::BitsPerSecond(64000))?;  // 设置比特率为64kbps
encoder.set_signal(Signal::Music)?;  // 设置信号类型为音乐
encoder.set_bandwidth(audiopus::Bandwidth::Fullband)?;  // 设置带宽为全频带

错误处理

match encoder.encode(&pcm_input, &mut encoded) {
    Ok(len) => println!("编码成功，长度: {}", len),
    Err(Error::Opus(error)) => eprintln!("Opus错误: {:?}", error),
    Err(e) => eprintln!("其他错误: {:?}", e),
}

注意事项

1. Opus编码器需要至少2.5ms的音频数据，但建议使用10ms、20ms、40ms或60ms的帧大小
2. 解码器输出PCM数据的长度可能与输入不同，取决于编码时的设置
3. 对于实时应用，应考虑使用Application::Voip或Application::RestrictedLowdelay

这个示例展示了如何使用audiopus进行基本的音频编码和解码操作。您可以根据实际需求调整采样率、声道数和应用类型等参数。

完整示例demo

以下是一个更完整的音频处理示例，包含从文件读取PCM数据、编码、解码和保存结果：

use audiopus::{coder::{Encoder, Decoder}, Application, Bitrate, Channels, Error, SampleRate, Signal};
use std::fs::File;
use std::io::{Read, Write};

fn main() -> Result<(), Error> {
    // 1. 初始化编码器和解码器
    let mut encoder = Encoder::new(
        SampleRate::Hz48000,
        Channels::Stereo,
        Application::Audio,
    )?;
    
    let mut decoder = Decoder::new(
        SampleRate::Hz48000,
        Channels::Stereo,
    )?;

    // 配置编码器参数
    encoder.set_bitrate(Bitrate::BitsPerSecond(64000))?;
    encoder.set_signal(Signal::Music)?;
    encoder.set_bandwidth(audiopus::Bandwidth::Fullband)?;

    // 2. 从文件读取PCM数据 (假设是48kHz立体声16位PCM)
    let mut pcm_file = File::open("input.pcm")?;
    let mut pcm_data = Vec::new();
    pcm_file.read_to_end(&mut pcm_data)?;
    
    // 将u8转换为i16 (PCM格式)
    let pcm_input: Vec<i16> = pcm_data.chunks_exact(2)
        .map(|chunk| i16::from_le_bytes([chunk[0], chunk[1]]))
        .collect();

    // 3. 编码PCM数据
    let frame_size = 960; // 10ms帧 (48000/1000*10*2)
    let mut encoded_output = Vec::new();
    let mut encoded_buffer = vec![0u8; 4000];
    
    for chunk in pcm_input.chunks(frame_size) {
        let encoded_len = encoder.encode(chunk, &mut encoded_buffer)?;
        encoded_output.extend_from_slice(&encoded_buffer[..encoded_len]);
    }

    // 4. 解码Opus数据
    let mut decoded_output = Vec::new();
    let mut decoded_buffer = vec![0i16; frame_size];
    
    for packet in encoded_output.chunks(4000) { // 假设每个包最大4000字节
        let decoded_len = decoder.decode(Some(packet), &mut decoded_buffer, false)?;
        
        // 将i16转换为u8字节
        for &sample in &decoded_buffer[..decoded_len] {
            decoded_output.extend_from_slice(&sample.to_le_bytes());
        }
    }

    // 5. 保存解码后的PCM数据
    let mut output_file = File::create("output.pcm")?;
    output_file.write_all(&decoded_output)?;

    println!("处理完成: 输入 {} 字节PCM -> 编码为 {} 字节Opus -> 解码为 {} 字节PCM",
        pcm_data.len(), encoded_output.len(), decoded_output.len());
    
    Ok(())
}

这个完整示例演示了：

1. 从文件读取原始PCM数据
2. 配置Opus编码器参数
3. 分帧编码PCM数据
4. 解码Opus数据
5. 保存解码后的PCM数据到文件

您可以根据需要调整采样率、帧大小和比特率等参数。对于实时音频流处理，您可能需要使用环形缓冲区或其他流式处理技术。