• Android开发笔记（一百八十九）利用LAME录制MP3音频

    Android常用的录音工具有两种，分别是MediaRecorder和AudioRecord，前者用于录制普通音频，后者用于录制原始音频。然而无论是普通音频的amr和aac格式，还是原始音频的pcm格式，都不能在电脑上直接播放，也不能在苹果手机上播放，因为它们属于安卓手机的定制格式，并非通用的音频格式。若想让录音文件放之四海而皆能播放，就得事先将其转为通用的MP3格式，虽然Android官方的开发包不支持MP3转换，不过借助第三方的LAME库，能够将原始音频转存为MP3文件。
    LAME是一个高质量的MP3编码器，它采用C/C++代码开发，需要通过JNI技术引入到App工程。LAME源码的下载页面为https://lame.sourceforge.io/download.php，笔者找到的最新版本是3.100，先解压下载完成的源码包，再按照下列步骤依次调整源码细节：
    1、把源码包里面的libmp3lame目录整个复制到App模块的jni目录下；
    2、把include目录下的lame.h头文件复制到jni\libmp3lame目录下；
    3、打开jni\libmp3lame下面的set_get.h，把这行代码

    #include

    改为下面这样，也就是尖括号改为双引号：

    #include "lame.h"

    4、打开jni\libmp3lame下面的util.h，把这行代码

        extern ieee754_float32_t fast_log2(ieee754_float32_t x);

    改为下面这样，也就是把参数类型改为float：

        extern float fast_log2(float x);

    接着给App模块添加LAME支持，具体步骤说明如下：
    1、在App代码中声明几个来自JNI的原生方法，同时准备加载NDK编译生成的so库，声明代码示例如下：

    1. public class LameUtil {
    2.     static {
    3.         System.loadLibrary("lamemp3"); // 加载so库
    4.     }
    5.     // 查看Lame版本号
    6.     public native static String version();
    7.     // 初始化Lame
    8.     public native static void init(int inSampleRate, int inChannel, int outSampleRate, int outBitrate, int quality);
    9.     // 开始MP3转码
    10.     public native static int encode(short[] buffer_l, short[] buffer_r, int samples, byte[] mp3buf);
    11.     // 写入缓冲区
    12.     public native static int flush(byte[] mp3buf);
    13.     // 关闭Lame
    14.     public native static void close();
    15. }

    2、在jni目录下新建lame-lib.cpp，编写与第一步对应的原生函数，注意函数名称内部的包名、类名与方法名都要跟App模块保持一致。CPP代码内容如下所示：

    1. #include <jni.h>
    2. #include "libmp3lame/lame.h"
    3.  
    4. static lame_global_flags *glf = NULL;
    5.  
    6. extern "C"
    7. JNIEXPORT jstring
    8.  
    9. JNICALL
    10. Java_com_example_audio_util_LameUtil_version(JNIEnv *env, jclass type) {
    11.     return env->NewStringUTF(get_lame_version());
    12. }
    13.  
    14. extern "C"
    15. JNIEXPORT void JNICALL
    16. Java_com_example_audio_util_LameUtil_init(JNIEnv *env, jclass type, jint inSampleRate,
    17.               jint outChannel, jint outSampleRate, jint outBitrate, jint quality) {
    18.     if (glf != NULL) {
    19.         lame_close(glf);
    20.         glf = NULL;
    21.     }
    22.     glf = lame_init();
    23.     lame_set_in_samplerate(glf, inSampleRate);
    24.     lame_set_num_channels(glf, outChannel);
    25.     lame_set_out_samplerate(glf, outSampleRate);
    26.     lame_set_brate(glf, outBitrate);
    27.     lame_set_quality(glf, quality);
    28.     lame_init_params(glf);
    29. }
    30.  
    31. extern "C"
    32. JNIEXPORT jint JNICALL
    33. Java_com_example_audio_util_LameUtil_encode(JNIEnv *env, jclass type, jshortArray buffer_l_,
    34.                jshortArray buffer_r_, jint samples, jbyteArray mp3buf_) {
    35.     jshort *buffer_l = env->GetShortArrayElements(buffer_l_, NULL);
    36.     jshort *buffer_r = env->GetShortArrayElements(buffer_r_, NULL);
    37.     jbyte *mp3buf = env->GetByteArrayElements(mp3buf_, NULL);
    38.     const jsize mp3buf_size = env->GetArrayLength(mp3buf_);
    39.     int result = lame_encode_buffer(glf, buffer_l, buffer_r, samples, (u_char*)mp3buf, mp3buf_size);
    40.     env->ReleaseShortArrayElements(buffer_l_, buffer_l, 0);
    41.     env->ReleaseShortArrayElements(buffer_r_, buffer_r, 0);
    42.     env->ReleaseByteArrayElements(mp3buf_, mp3buf, 0);
    43.     return result;
    44. }
    45.  
    46. extern "C"
    47. JNIEXPORT jint JNICALL
    48. Java_com_example_audio_util_LameUtil_flush(JNIEnv *env, jclass type, jbyteArray mp3buf_) {
    49.     jbyte *mp3buf = env->GetByteArrayElements(mp3buf_, NULL);
    50.     const jsize  mp3buf_size = env->GetArrayLength(mp3buf_);
    51.     int result = lame_encode_flush(glf, (u_char*)mp3buf, mp3buf_size);
    52.     env->ReleaseByteArrayElements(mp3buf_, mp3buf, 0);
    53.     return result;
    54. }
    55.  
    56. extern "C"
    57. JNIEXPORT void JNICALL
    58. Java_com_example_audio_util_LameUtil_close(JNIEnv *env, jclass type) {
    59.     lame_close(glf);
    60.     glf = NULL;
    61. }

    3、在jni目录下新建MakeLists.txt，编写LAME库的编译规则，指定so文件名，以及要编译哪些代码，编译规则内容示例如下：

    1. cmake_minimum_required(VERSION 3.6) # 指定CMake的最低要求版本号
    2. set(target lamemp3) # 设置环境变量的名称（target）及其取值（lamemp3）
    3. project(${target}) # 指定项目的名称
    4. aux_source_directory(libmp3lame SRC_LIST) # 查找在某个路径下的所有源文件
    5. add_library(${target} SHARED lame-lib.cpp ${SRC_LIST}) # 生成动态库（共享库）

    4、打开模块的build.gradle，先给android节点补充下面的cmake文件配置：

    1. // 此处指定mk文件的路径
    2. externalNativeBuild {
    3.     // 下面使用cmake方式编译
    4.     cmake {
    5.         path file('src/main/jni/CMakeLists.txt')
    6.     }
    7. }
    8. 再给defaultConfig节点补充下面的cmake规则配置：
    9.     externalNativeBuild {
    10.         cmake {
    11.             cppFlags "-frtti -fexceptions"
    12.             cFlags "-DSTDC_HEADERS"
    13.         }
    14.         ndkBuild {
    15.             abiFilters "arm64-v8a", "armeabi-v7a"
    16.         }
    17.     }

    完成以上集成步骤之后，依次点击菜单Build→Make module 'audio'，等待编译完成即可在模块目录的build\intermediates\cmake\debug\obj\arm64-v8a下面找到liblamemp3.so了。
    不过要想让App真正实现MP3转码功能，还得在代码中调用LameUtil类的初始化、转码、写入、关闭等方法。MP3的转换过程又有两种形式，一种是把PCM文件转成MP3文件，另一种是在录音时将原始数据直接转存为MP3文件，也就是边录边转。由于PCM保存着原始音频数据，该格式的文件较大，一次性转成MP3较费时间，因此通常采取边录边转以便提高转换效率。具体而言，则需构建录音线程，在其构造方法中初始化LAME；然后开启录音线程，同时启动MP3转码线程，录音线程由AudioRecord获得原始音频数据，马上转交给MP3转码线程处理；录音结束时，也给MP3转码线程发个停止消息。录音线程的关键代码示例如下：

    1. private File mRecordFile; // 音频文件的保存路径
    2. private int mFrequence = 16000; // 音频的采样频率，单位赫兹
    3. private int mChannel = AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO; // 音频的声道类型
    4. private int mFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT; // 音频的编码格式
    5. private static final int FRAME_COUNT = 160; // 时间周期，单位毫秒
    6.  
    7. public Mp3RecordTask(Activity act, String filePath, OnRecordListener listener) {
    8.     mRecordFile = new File(filePath);
    9.     // 最后一个参数表示录音质量，取值为0～9。 其中0最好，但转换慢；9是最差。
    10.     LameUtil.init(mFrequence, 1, mFrequence, 32, 5);
    11. }
    12.  
    13. // 根据样本数重新计算缓冲区大小
    14. private int calculateBufferSize() {
    15.     // 根据定义好的几个配置，来获取合适的缓冲大小
    16.     int bufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(mFrequence, mChannel, mFormat);
    17.     int bytesPerFrame = 2;
    18.     // 通过样本数重新计算缓冲区大小（能够整除样本数），以便周期性通知
    19.     int frameSize = bufferSize / bytesPerFrame;
    20.     if (frameSize % FRAME_COUNT != 0) {
    21.         frameSize += (FRAME_COUNT - frameSize % FRAME_COUNT);
    22.         bufferSize = frameSize * bytesPerFrame;
    23.     }
    24.     return bufferSize;
    25. }
    26.  
    27. @Override
    28. public void run() {
    29.     int bufferSize = calculateBufferSize(); // 根据样本数重新计算缓冲区大小
    30.     short[] buffer = new short[bufferSize];
    31.     try {
    32.         // 构建MP3转码线程
    33.         Mp3EncodeTask encodeTask = new Mp3EncodeTask(mRecordFile, bufferSize);
    34.         encodeTask.start(); // 启动MP3转码线程
    35.         // 根据音频配置和缓冲区构建原始音频录制实例
    36.         AudioRecord record = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,
    37.                 mFrequence, mChannel, mFormat, bufferSize);
    38.         // 设置需要通知的时间周期
    39.         record.setPositionNotificationPeriod(FRAME_COUNT);
    40.         // 设置录制位置变化的监听器
    41.         record.setRecordPositionUpdateListener(encodeTask, encodeTask.getHandler());
    42.         record.startRecording(); // 开始录制原始音频
    43.         while (!isCancel) { // 没有取消录制，则持续读取缓冲区
    44.             int readSize = record.read(buffer, 0, buffer.length);
    45.             if (readSize > 0) {
    46.                 encodeTask.addTask(buffer, readSize); // 添加MP3转码任务
    47.             }
    48.         }
    49.         record.stop(); // 停止原始音频录制
    50.         encodeTask.sendStopMessage(); // 发送停止消息
    51.     } catch (Exception e) {
    52.         e.printStackTrace();
    53.     }
    54. }

    启动MP3录音线程很简单，跟启动原始音频录制线程一样，只要下面两行代码就搞定了。

    1.     // 创建一个MP3录制线程，并设置录制事件监听器
    2.     mRecordTask = new Mp3RecordTask(this, mRecordFilePath, this);
    3.     mRecordTask.start(); // 启动MP3录制线程

    运行测试App，观察到MP3录音效果如下面两图所示，其中第一张图为MP3录音完成时的截图，第二张图为正在播放MP3时的截图。

     

     


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