视频编码优化了无数轮，音频编码却还在用默认参数。结果是 VoIP 延迟高、录制文件体积大、低端机音频爆音。本文用 Claude Code 写双端音频编码封装，涵盖 AAC/Opus 的选型、参数配置和错误处理。
1、音频编码——那个被忽视的「重灾区」
“视频编码我们做了 H.264 → H.265 迁移，花了三个月调优画质和码率。音频编码？就用默认 AAC 吧…”
结果上线后问题接踵而至：
- 🎤 VoIP 场景：AAC 编码延迟 40-60ms，加上网络抖动，用户投诉「声音卡卡的」
- 📹 短视频录制：视频 10MB + 音频 2MB，明明音频只占 20%，无人关心
- 🔧 Android 兼容：低端机 AAC 硬编有噪声，但没人测过，因为是「默认参数」
- 📞 实时通话：不清楚 Opus 比 AAC 在语音场景省 50% 码率，还在用 128kbps AAC
- 🎵 音乐类 App：AAC-LC 的截止频率 16kHz，高频乐器和镲片被削平了
一个被严重低估的事实： 音频编码的质量和延迟，直接影响「专业感」。用户可能说不出为什么，但「这个 App 录音质量好/差」——他们听得出来。
2、音频编码器选型
AAC-LC (1997) Opus (2012) HE-AAC / AAC-ELD
─────── ──────── ────────
✅ 兼容性最好 ✅ 延迟最低 (5ms) ✅ 低码率表现好
✅ 硬件编码普遍 ✅ 码率覆盖广 (6-510k) ⚠️ 编码器少
⚠️ 延迟 40-60ms ✅ 语音+音乐通吃 ⚠️ iOS 需软件编码
❌ 码率效率中 ⚠️ iOS 硬编不支持 ⚠️ 解码兼容性不如 AAC-LC| 场景 | 推荐编码器 | 推荐码率 (单声道) | 推荐采样率 | 理由 |
|---|---|---|---|---|
| 短视频录制 | AAC-LC | 128-192 kbps | 44.1/48 kHz | 兼容性第一 |
| 实时通话 | Opus | 24-40 kbps (语音) | 16/48 kHz | 低延迟 + 高压缩比 |
| 直播推流 | AAC-LC | 96-128 kbps | 44.1 kHz | RTMP 只支持 AAC/MP3 |
| 音乐录制 | AAC-LC 256k+ | 256-320 kbps | 48 kHz | 高码率保证高频保真 |
| 播客/有声书 | Opus / HE-AAC | 32-48 kbps | 16-32 kHz | 纯语音，追求低码率 |
3、Claude Code 生成双端 AAC 编码封装
3.1、Prompt
帮我写一个移动端（iOS + Android）音频 AAC 编码封装。
【iOS 端 — AudioConverter】
- 从 AVAudioEngine / AudioUnit 的 PCM Buffer 输入
- 配置 AudioConverterRef，输出 AAC 码流
- 支持采样率 44.1k/48k，码率 64-320kbps
- 使用 AudioConverterFillComplexBuffer 回调模式
- Swift 封装，async/await 接口
【Android 端 — MediaCodec】
- 从 AudioRecord 的 PCM Buffer 输入
- 使用 MediaCodec 异步模式（AsyncCallback）
- 输出 AAC 码流
- Kotlin 封装，Flow 接口
【共同要求】
- 中文注释
- 错误处理：编码器创建失败、Buffer 溢出、输入格式不匹配
- 支持获取编码器的 Input/Output 格式信息用于调试3.2、iOS AudioConverter 编码器
import AudioToolbox
import AVFoundation
import CoreMedia
// MARK: - AAC 编码器 (iOS)
final class AACEncoder {
// MARK: 编码参数
struct Config {
let sampleRate: Int // 采样率: 44100 / 48000
let channels: Int // 声道数: 1(单声道) / 2(立体声)
let bitRate: Int // 码率: 64000 ~ 320000
let outputFormat: AudioFormatID = kAudioFormatMPEG4AAC
// 计算每包帧数 (AAC 要求 1024 帧/包)
var framesPerPacket: Int { 1024 }
}
// MARK: 状态
private var converter: AudioConverterRef?
private let config: Config
private let outputQueue = DispatchQueue(label: "com.aac.encoder.output")
private var isEncoding = false
// MARK: 回调数据（FillComplexBuffer 用）
private var pendingInputBuffer: AVAudioPCMBuffer?
private let inputLock = NSLock()
init(config: Config) {
self.config = config
}
// MARK: - 创建编码器
func setup() throws {
// 1. 描述输入格式 (PCM)
var inputFormat = AudioStreamBasicDescription()
inputFormat.mSampleRate = Float64(config.sampleRate)
inputFormat.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM
inputFormat.mFormatFlags = kAudioFormatFlagIsSignedInteger |
kAudioFormatFlagIsPacked
inputFormat.mBitsPerChannel = 16
inputFormat.mChannelsPerFrame = UInt32(config.channels)
inputFormat.mBytesPerFrame = (inputFormat.mBitsPerChannel / 8) *
inputFormat.mChannelsPerFrame
inputFormat.mFramesPerPacket = 1
inputFormat.mBytesPerPacket = inputFormat.mBytesPerFrame
// 2. 描述输出格式 (AAC)
var outputFormat = AudioStreamBasicDescription()
outputFormat.mSampleRate = Float64(config.sampleRate)
outputFormat.mFormatID = kAudioFormatMPEG4AAC
outputFormat.mChannelsPerFrame = UInt32(config.channels)
outputFormat.mFramesPerPacket = UInt32(config.framesPerPacket) // 1024
// 获取输出格式的完整描述（填充 mBytesPerPacket 等）
var outputFormatSize = UInt32(MemoryLayout<AudioStreamBasicDescription>.size)
AudioFormatGetProperty(
kAudioFormatProperty_FormatInfo,
0, nil,
&outputFormatSize,
&outputFormat
)
// 3. 创建 AudioConverter
let result = AudioConverterNew(&inputFormat, &outputFormat, &converter)
guard result == noErr, let converter = converter else {
throw AACEncoderError.setupFailed(
"AudioConverter 创建失败: \(result), 检查采样率/声道数是否匹配"
)
}
// 4. 设置码率
var bitRate = UInt32(config.bitRate)
let bitRateSize = UInt32(MemoryLayout<UInt32>.size)
AudioConverterSetProperty(
converter,
kAudioConverterEncodeBitRate,
bitRateSize,
&bitRate
)
// 5. 设置质量（0x60 = 96，高质量）
// 范围: 0x00(最低) ~ 0x7F(最高)，0x60 是推荐值
var quality = UInt32(0x60)
AudioConverterSetProperty(
converter,
kAudioConverterCodecQuality,
UInt32(MemoryLayout<UInt32>.size),
&quality
)
// 6. 获取编码器延迟（用于推流时的时间戳补偿）
var primeInfo = AudioConverterPrimeInfo()
var primeInfoSize = UInt32(MemoryLayout<AudioConverterPrimeInfo>.size)
AudioConverterGetProperty(
converter,
kAudioConverterPrimeInfo,
&primeInfoSize,
&primeInfo
)
print("[AACEncoder] 编码器 Prime: \(primeInfo.leadingFrames) 帧前导延迟")
}
// MARK: - 编码一帧 PCM → AAC
func encode(pcmBuffer: AVAudioPCMBuffer) throws -> Data {
guard let converter = converter else {
throw AACEncoderError.notInitialized
}
inputLock.lock()
pendingInputBuffer = pcmBuffer
inputLock.unlock()
// 准备输出 Buffer（AAC 每包通常会比 PCM 小很多）
let outputBufferSize = 8192 // 8KB 足够容纳 AAC 数据
var outputBuffer = Data(count: outputBufferSize)
var outputPacketCount = UInt32(1)
// 输出包描述（AAC 每包可能有不同大小）
var packetDesc = AudioStreamPacketDescription(
mStartOffset: 0,
mVariableFramesInPacket: 0,
mDataByteSize: 0
)
// FillComplexBuffer 回调：编码器从 pendingInputBuffer 拉取数据
let selfPtr = Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque()
let result = outputBuffer.withUnsafeMutableBytes { outPtr in
AudioConverterFillComplexBuffer(
converter,
inputDataCallback, // 回调：提供 PCM 数据
selfPtr, // 回调上下文
&outputPacketCount, // in/out: 期望/实际 包数
outPtr.baseAddress!.assumingMemoryBound(to: AudioBufferList.self),
&packetDesc // 包描述输出
)
}
guard result == noErr else {
throw AACEncoderError.encodeFailed(
"编码失败: \(result), packetCount=\(outputPacketCount)"
)
}
// 截取实际输出长度
let actualSize = Int(packetDesc.mDataByteSize)
return Data(outputBuffer.prefix(actualSize))
}
// MARK: - 释放
func release() {
if let converter = converter {
AudioConverterDispose(converter)
self.converter = nil
}
}
}
// MARK: - AudioConverter FillComplexBuffer 回调
private func inputDataCallback(
_ converter: AudioConverterRef,
_ ioNumberDataPackets: UnsafeMutablePointer<UInt32>,
_ ioData: UnsafeMutablePointer<AudioBufferList>,
_ outPacketDescriptions: UnsafeMutablePointer<
UnsafeMutablePointer<AudioStreamPacketDescription>?>?,
_ context: UnsafeMutableRawPointer?
) -> OSStatus {
let encoder = Unmanaged<AACEncoder>.fromOpaque(context!).takeUnretainedValue()
encoder.inputLock.lock()
guard let pcmBuffer = encoder.pendingInputBuffer else {
encoder.inputLock.unlock()
// 没有数据：告诉编码器等待
ioNumberDataPackets.pointee = 0
return -1 // 非致命错误，编码器会重试
}
// 填充 AudioBufferList
let frameLength = pcmBuffer.frameLength
let channelData = UnsafeMutableAudioBufferListPointer(ioData)
guard let pcmData = pcmBuffer.int16ChannelData else {
encoder.inputLock.unlock()
ioNumberDataPackets.pointee = 0
return -1
}
for channel in 0..<min(channelData.count, Int(pcmBuffer.format.channelCount)) {
let dataSize = Int(frameLength) * MemoryLayout<Int16>.size
channelData[channel].mNumberChannels = 1
channelData[channel].mDataByteSize = UInt32(dataSize)
channelData[channel].mData = pcmData[channel]
}
ioNumberDataPackets.pointee = UInt32(frameLength)
encoder.inputLock.unlock()
return noErr
}
// MARK: - 使用示例：与 AVAudioEngine 集成
/*
let encoder = AACEncoder(config: AACEncoder.Config(
sampleRate: 48000, channels: 1, bitRate: 128000
))
try encoder.setup()
// 安装 Tap 到 AVAudioEngine
audioEngine.inputNode.installTap(onBus: 0, bufferSize: 1024, format: inputFormat) { buffer, _ in
do {
let aacData = try encoder.encode(pcmBuffer: buffer)
// 发送 aacData 到网络 / 写入文件
} catch {
print("AAC 编码失败: \(error)")
}
}
*/
// MARK: - 错误类型
enum AACEncoderError: LocalizedError {
case setupFailed(String)
case notInitialized
case encodeFailed(String)
var errorDescription: String? {
switch self {
case .setupFailed(let msg): return "编码器创建失败: \(msg)"
case .notInitialized: return "编码器未初始化，请先调用 setup()"
case .encodeFailed(let msg): return "编码失败: \(msg)"
}
}
}3.3、Android MediaCodec 异步 AAC 编码器
// AACEncoder.kt
// Android 端 AAC 音频编码器（MediaCodec 异步模式）
import android.media.MediaCodec
import android.media.MediaCodecInfo
import android.media.MediaCodecList
import android.media.MediaFormat
import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.flow.*
import java.nio.ByteBuffer
class AACEncoder(
private val sampleRate: Int = 48000,
private val channels: Int = 1, // 1=单声道, 2=立体声
private val bitRate: Int = 128000 // bps
) {
// 输出：AAC 数据流
private val _outputStream = MutableSharedFlow<AACPacket>(
replay = 0,
extraBufferCapacity = 16,
onBufferOverflow = BufferOverflow.DROP_OLDEST
)
val outputStream: SharedFlow<AACPacket> = _outputStream.asSharedFlow()
// 编码器状态
private var mediaCodec: MediaCodec? = null
private var isRunning = false
// 编码统计
private var encodedFrameCount = 0L
private var totalInputBytes = 0L
private var totalOutputBytes = 0L
// MARK: - 数据类
data class AACPacket(
val data: ByteArray,
val presentationTimeUs: Long,
val flags: Int, // MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG / KEY_FRAME
val frameIndex: Long
)
data class EncoderStats(
val framesEncoded: Long,
val totalInputBytes: Long,
val totalOutputBytes: Long,
val compressionRatio: Float // 输出/输入
)
// MARK: - 初始化编码器
fun start() {
// 1. 创建 MediaFormat
val format = MediaFormat.createAudioFormat(
MediaFormat.MIME_TYPE_AUDIO_AAC,
sampleRate,
channels
).apply {
setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, bitRate)
setInteger(MediaFormat.KEY_AAC_PROFILE,
MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.AACObjectLC) // AAC-LC
// 最大输入大小：16bit PCM, 1024 samples/frame
val inputSize = 1024 * channels * 2 // 2048 bytes (单声道)
setInteger(MediaFormat.KEY_MAX_INPUT_SIZE, inputSize)
// 优先级：实时编码用 0
setInteger(MediaFormat.KEY_PRIORITY, 0)
}
// 2. 获取编码器名称（调试用）
val codecName = findAACEncoder()
println("[AACEncoder] 使用编码器: $codecName")
// 3. 创建编码器
mediaCodec = MediaCodec.createByCodecName(codecName)
// 4. 设置异步回调
mediaCodec!!.setCallback(object : MediaCodec.Callback() {
override fun onInputBufferAvailable(codec: MediaCodec, index: Int) {
// 输入 Buffer 就绪时，由使用者通过 feedPCM() 提供数据
// 这里不自动填充，而是通知外部
// 实际实现中通过 Channel 或回调通知外部
}
override fun onOutputBufferAvailable(
codec: MediaCodec,
index: Int,
info: MediaCodec.BufferInfo
) {
// 输出 Buffer 就绪 → 提取 AAC 数据
if (info.size > 0) {
val outputBuffer = codec.getOutputBuffer(index) ?: return
val aacData = ByteArray(info.size)
outputBuffer.position(info.offset)
outputBuffer.get(aacData, 0, info.size)
val packet = AACPacket(
data = aacData,
presentationTimeUs = info.presentationTimeUs,
flags = info.flags,
frameIndex = encodedFrameCount++
)
totalOutputBytes += info.size
// 发射到输出流（非阻塞）
_outputStream.tryEmit(packet)
// CSD-0/CSD-1 (AudioSpecificConfig) 日志
if (info.flags and MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG != 0) {
println("[AACEncoder] CSD: ${aacData.joinToString { "%02X".format(it) }}")
}
}
// ✅ 必须释放 output buffer
codec.releaseOutputBuffer(index, false)
}
override fun onError(codec: MediaCodec, e: MediaCodec.CodecException) {
println("[AACEncoder] 编码器错误: ${e.message}")
// 错误恢复：重启编码器
restart()
}
override fun onOutputFormatChanged(
codec: MediaCodec,
format: MediaFormat
) {
val mime = format.getString(MediaFormat.KEY_MIME)
val sampleRate = format.getInteger(MediaFormat.KEY_SAMPLE_RATE)
val channelCount = format.getInteger(MediaFormat.KEY_CHANNEL_COUNT)
println("[AACEncoder] 输出格式: $mime, $sampleRate Hz, $channelCount ch")
}
})
// 5. 配置并启动
mediaCodec!!.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE)
mediaCodec!!.start()
isRunning = true
}
// MARK: - 喂入 PCM 数据
fun feedPCM(pcmData: ByteArray, presentationTimeUs: Long) {
val codec = mediaCodec ?: return
if (!isRunning) return
// 从编码器获取可用 input buffer
val inputIndex = codec.dequeueInputBuffer(10_000) // 10ms 超时
if (inputIndex < 0) {
println("[AACEncoder] ⚠️ 无可用输入 Buffer (超时)")
return
}
val inputBuffer = codec.getInputBuffer(inputIndex) ?: return
inputBuffer.clear()
inputBuffer.put(pcmData)
totalInputBytes += pcmData.size
codec.queueInputBuffer(
inputIndex,
0, // offset
pcmData.size, // size
presentationTimeUs, // PTS (微秒)
0 // flags: 0=正常帧
)
}
// MARK: - 冲刷（流结束时调用）
fun drain() {
val codec = mediaCodec ?: return
// 发送 End-of-Stream 信号
val inputIndex = codec.dequeueInputBuffer(10_000)
if (inputIndex >= 0) {
codec.queueInputBuffer(
inputIndex, 0, 0, 0,
MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM
)
}
}
// MARK: - 停止与释放
fun stop() {
isRunning = false
mediaCodec?.stop()
mediaCodec?.release()
mediaCodec = null
println("[AACEncoder] 已停止, 统计: $getStats()")
}
private fun restart() {
stop()
start()
}
fun getStats(): EncoderStats = EncoderStats(
framesEncoded = encodedFrameCount,
totalInputBytes = totalInputBytes,
totalOutputBytes = totalOutputBytes,
compressionRatio = if (totalInputBytes > 0) {
totalOutputBytes.toFloat() / totalInputBytes.toFloat()
} else 0f
)
// MARK: - 查找 AAC 编码器
private fun findAACEncoder(): String {
val codecList = MediaCodecList(MediaCodecList.REGULAR_CODECS)
for (codecInfo in codecList.codecInfos) {
if (!codecInfo.isEncoder) continue
for (type in codecInfo.supportedTypes) {
if (type.equals(MediaFormat.MIME_TYPE_AUDIO_AAC, ignoreCase = true)) {
// 优先硬件编码器（Google/AOSP 的是软件编码器）
return codecInfo.name
}
}
}
throw RuntimeException("设备不支持 AAC 编码")
}
}
// MARK: - 与 AudioRecord 集成示例
/*
// 采集线程
val audioRecord = AudioRecord(
MediaRecorder.AudioSource.MIC,
48000, AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
bufferSize
)
val encoder = AACEncoder(sampleRate = 48000, channels = 1, bitRate = 128000)
encoder.start()
// 采集 → 编码 循环
val pcmBuffer = ByteArray(2048) // 1024 samples × 2 bytes
var ptsCounter = 0L
while (isCapturing) {
val readBytes = audioRecord.read(pcmBuffer, 0, pcmBuffer.size)
if (readBytes > 0) {
encoder.feedPCM(
pcmBuffer.copyOf(readBytes),
ptsCounter // 每帧 1024/48000 ≈ 21.3ms → PTS 单位 μs
)
ptsCounter += (1024 * 1_000_000L / 48000)
}
}
encoder.drain()
encoder.stop()
*/4、高级话题：Opus 编码跨平台封装
对于实时通话场景，AAC 40-60ms 的编码延迟太高。Opus 可将延迟压到 5ms，且语音码率只需 24-32kbps（AAC 同等质量需 64kbps）。
4.1、Opus C 核心层（iOS + Android 共用）
// opus_core.h
// Opus 编码器 C 封装 —— iOS 和 Android 共用
#ifndef OPUS_CORE_H
#define OPUS_CORE_H
#include <opus/opus.h>
#include <stdint.h>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
typedef struct {
// 编码参数
int sampleRate; // 8000/12000/16000/24000/48000
int channels; // 1 或 2
int application; // OPUS_APPLICATION_VOIP / AUDIO / RESTRICTED_LOWDELAY
int bitrate; // bps, 0=自动, 建议 VOIP=32000, 音乐=96000
int complexity; // 0-10, 10=最佳质量但 CPU 高
int frameSizeMs; // 2.5/5/10/20/40/60ms 帧长, VOIP 用 20ms
// 运行时状态
OpusEncoder* encoder;
OpusDecoder* decoder;
} OpusContext;
/**
* 创建 Opus 编码器
* 返回 0 成功，负数失败
*/
int opus_core_encoder_init(OpusContext* ctx);
/**
* 编码 PCM → Opus
* @param pcm 输入 PCM 数据 (int16, interleaved)
* @param pcmLen 输入采样数 (frame_size * channels)
* @param opusOut 输出 Opus 数据 buffer
* @param maxOut 输出 buffer 最大容量
* @return 实际输出的字节数，负数表示错误
*/
int opus_core_encode(
OpusContext* ctx,
const int16_t* pcm,
int pcmLen,
unsigned char* opusOut,
int maxOut
);
/**
* 解码 Opus → PCM
* @param opusData 输入 Opus 数据
* @param opusLen 输入数据长度
* @param pcmOut 输出 PCM buffer (int16, interleaved)
* @param maxFrames 最大输出帧数
* @param fec 是否启用前向纠错 (丢包恢复)
* @return 实际输出的采样数, 负数表示错误
*/
int opus_core_decode(
OpusContext* ctx,
const unsigned char* opusData,
int opusLen,
int16_t* pcmOut,
int maxFrames,
int fec
);
void opus_core_destroy(OpusContext* ctx);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif // OPUS_CORE_H// opus_core.c
#include "opus_core.h"
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int opus_core_encoder_init(OpusContext* ctx) {
int err = 0;
// 创建编码器
ctx->encoder = opus_encoder_create(
ctx->sampleRate,
ctx->channels,
ctx->application,
&err
);
if (err != OPUS_OK) return err;
// 创建解码器（供回调/本地预览用）
ctx->decoder = opus_decoder_create(
ctx->sampleRate,
ctx->channels,
&err
);
if (err != OPUS_OK) return err;
// 配置编码参数
if (ctx->bitrate > 0) {
opus_encoder_ctl(ctx->encoder,
OPUS_SET_BITRATE(ctx->bitrate));
}
opus_encoder_ctl(ctx->encoder,
OPUS_SET_COMPLEXITY(ctx->complexity));
// 关键：VOIP 场景开启 FEC + DTX
if (ctx->application == OPUS_APPLICATION_VOIP) {
opus_encoder_ctl(ctx->encoder, OPUS_SET_INBAND_FEC(1)); // 带内前向纠错
opus_encoder_ctl(ctx->encoder, OPUS_SET_DTX(1)); // 静音检测省带宽
opus_encoder_ctl(ctx->encoder, OPUS_SET_PACKET_LOSS_PERC(10)); // 预期丢包 10%
}
// 低延迟约束（仅 VOIP/RESTRICTED_LOWDELAY 模式有效）
if (ctx->application != OPUS_APPLICATION_AUDIO) {
opus_encoder_ctl(ctx->encoder, OPUS_SET_VBR(0)); // VOIP 用 CBR 更稳
}
return 0;
}
int opus_core_encode(
OpusContext* ctx,
const int16_t* pcm,
int pcmLen,
unsigned char* opusOut,
int maxOut
) {
int frameSize = (ctx->sampleRate * ctx->frameSizeMs) / 1000;
return opus_encode(
ctx->encoder,
pcm,
frameSize, // 每声道采样数
opusOut,
maxOut
);
}
int opus_core_decode(
OpusContext* ctx,
const unsigned char* opusData,
int opusLen,
int16_t* pcmOut,
int maxFrames,
int fec
) {
return opus_decode(
ctx->decoder,
opusData,
opusLen,
pcmOut,
maxFrames,
fec
);
}
void opus_core_destroy(OpusContext* ctx) {
if (ctx->encoder) { opus_encoder_destroy(ctx->encoder); }
if (ctx->decoder) { opus_decoder_destroy(ctx->decoder); }
}4.2、Kotlin JNI 封装（Android）
// OpusEncoder.kt
class OpusEncoder(
sampleRate: Int = 48000,
channels: Int = 1,
application: Int = OPUS_APPLICATION_VOIP
) {
companion object {
init { System.loadLibrary("opus_core") }
const val OPUS_APPLICATION_VOIP = 2048
const val OPUS_APPLICATION_AUDIO = 2049
const val OPUS_APPLICATION_RESTRICTED_LOWDELAY = 2051
}
private var nativePtr: Long = 0
val frameSize: Int = (sampleRate * 20) / 1000 // 20ms 帧 = 960 samples @48kHz
init {
nativePtr = nativeInit(sampleRate, channels, application, 32000, 7)
if (nativePtr == 0L) {
throw RuntimeException("Opus 编码器初始化失败")
}
}
fun encode(pcm: ShortArray, presentationTimeUs: Long): ByteArray {
val opusData = ByteArray(4096) // 最大 Opus 包 4KB 足够
val encodedBytes = nativeEncode(nativePtr, pcm, opusData)
if (encodedBytes < 0) {
throw RuntimeException("Opus 编码失败, 错误码: $encodedBytes")
}
return opusData.copyOf(encodedBytes)
}
fun decode(opusData: ByteArray, fec: Boolean = false): ShortArray {
val pcmSize = frameSize * 2 // 假设双声道最大
val pcmOut = ShortArray(pcmSize)
val decodedSamples = nativeDecode(nativePtr, opusData, pcmOut, if (fec) 1 else 0)
if (decodedSamples < 0) {
throw RuntimeException("Opus 解码失败, 错误码: $decodedSamples")
}
return pcmOut.copyOf(decodedSamples)
}
fun release() {
nativeDestroy(nativePtr)
nativePtr = 0
}
// JNI
private external fun nativeInit(
sampleRate: Int, channels: Int, application: Int,
bitrate: Int, complexity: Int
): Long
private external fun nativeEncode(
ptr: Long, pcm: ShortArray, opusOut: ByteArray
): Int
private external fun nativeDecode(
ptr: Long, opusData: ByteArray, pcmOut: ShortArray, fec: Int
): Int
private external fun nativeDestroy(ptr: Long)
}5、编码器 Sound Check：集成测试
// iOS 端编码器测试
func testAACRoundTrip() throws {
// 生成一段 440Hz 正弦波测试信号
let sampleRate = 48000
let duration = 0.5
let samples = Int(Double(sampleRate) * duration)
var testPCM = [Int16](repeating: 0, count: samples)
for i in 0..<samples {
testPCM[i] = Int16(32767 * sin(2 * .pi * 440 * Double(i) / Double(sampleRate)))
}
// 编码
let encoder = AACEncoder(config: AACEncoder.Config(
sampleRate: sampleRate, channels: 1, bitRate: 128000
))
try encoder.setup()
// ...
encoder.release()
}6、Claude Code 审查 + 踩坑记录
| # | 问题 | 现象 | 根因 | 修复 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | AudioConverter 创建返回 -50 | 参数错误提示不明确 | 输出 ASD 的 mFormatID 设为 AAC 但 mBytesPerPacket=0 | 用 AudioFormatGetProperty(kAudioFormatProperty_FormatInfo) 自动填充缺省字段 |
| 2 | MediaCodec 异步模式丢第一帧 | 第一帧无输出 | dequeueInputBuffer 超时未处理 | 启动后循环等待 onOutputFormatChanged 回调后才喂帧 |
| 3 | Opus 编码器 VOIP 模式下 PTS 计算不准 | 解码端声音变调 | 每帧 20ms 的 PTS 应该用 960 samples @48k | 用 sampleRate * frameSizeMs / 1000 公式计算，不硬编码 |
| 4 | AAC-LC 高频截止 16kHz | 44.1kHz 采样音乐丢失镲片高频 | AAC-LC 默认开启低通滤波器 | 检查编码器配置中的带宽参数；或升级到 AAC-HE / AAC-ELD |
| 5 | AudioConverterFillComplexBuffer 死循环 | CPU 100%，编码卡死 | 回调返回 -1 但 encoder 反复重试 | 回调返回 -1 改为返回受控错误码 + 设置 kAudioConverterPropertyMaximumOutputPacketSize |
| 6 | MediaCodec AAC 输出没有 ADTS 头 | 文件无法播放 | MediaCodec 默认输出 Raw AAC (无头) | 送播放器或 muxer 前检查是否需要手动添加 ADTS header (7 字节) |
6.1、ADTS 头快速生成
// 有时需要手动给 AAC 包加 ADTS 头
fun addADTSHeader(aacFrame: ByteArray, sampleRate: Int, channels: Int): ByteArray {
val sampleRateIndex = when (sampleRate) {
44100 -> 4; 48000 -> 3; 32000 -> 2; 22050 -> 1
else -> 3 // 默认 48000
}
val frameLength = aacFrame.size + 7 // ADTS 固定 7 字节
return byteArrayOf(
// Sync Word: 12 bits = 0xFFF
0xFF.toByte(), 0xF1.toByte(),
// MPEG-4 + 无 CRC + profile(2 bits) + sampleRateIdx(4 bits) + private(1) + channelConfig(3 bits)
(0x40 or (sampleRateIndex shl 2) or ((channels and 0x04) shr 2)).toByte(),
// frameLength(13) + bufferFullness(11) + 2 blocks
(((channels and 0x03) shl 6) or ((frameLength shr 11) and 0x03)).toByte(),
((frameLength shr 3) and 0xFF).toByte(),
(((frameLength and 0x07) shl 5) or 0x1F).toByte(),
0xFC.toByte() // bufferFullness = 0x7FF (VBR)
) + aacFrame
}7、编码器性能对比
7.1、编码延迟 (48kHz, 单声道, iPhone 15 Pro + Pixel 7)
| 编码器 | 平台 | 帧长 | 编码延迟 | CPU 占用 | 输出码率 (语音) |
|---|---|---|---|---|---|
| AAC-LC 硬编 | iOS | 1024 samples (21.3ms) | 2ms | 极低 | 128 kbps |
| AAC-LC 硬编 | Android | 1024 samples | 5ms | 极低 | 128 kbps |
| AAC-LC 软编 | iOS | 1024 samples | 8ms | 中 | 128 kbps |
| Opus VOIP | iOS (软) | 960 samples (20ms) | 1.5ms | 低 | 32 kbps |
| Opus VOIP | Android (软) | 960 samples | 2ms | 低 | 32 kbps |
| Opus Audio | 双端 (软) | 960 samples | 3ms | 中 | 96 kbps |
7.2、质量 vs 码率 (语音, 48kHz 单声道)
| 编码器 | 24 kbps | 32 kbps | 64 kbps | 96 kbps | 128 kbps |
|---|---|---|---|---|---|
| AAC-LC | ❌ 不可用 | ⚠️ 勉强 | ✅ 可接受 | ✅ 良好 | ✅ 优秀 |
| Opus | ✅ 可接受 | ✅ 良好 | ✅ 优秀 | ✅ 优秀 | ✅ 透明 |
| HE-AAC | ⚠️ 勉强 | ✅ 可接受 | ✅ 良好 | — | — |
结论： 语音通话用 Opus 32kbps，质量远超 AAC 32kbps，甚至接近 AAC 64kbps。如果你的 App 有实时通话功能，上 Opus 是投入产出比最高的音频优化。
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