Comment implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage multimédia en C++ ?

Comment implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage multimédia en C++ ?

Résumé : L'encodage et le décodage multimédia sont des technologies clés pour le traitement audio et vidéo. Cet article présentera comment implémenter des algorithmes de codage et de décodage multimédia en C++ et fournira des exemples de code.

Introduction
Dans les applications multimédias modernes, la technologie d'encodage et de décodage multimédia joue un rôle important. Le codage multimédia convertit les signaux audio et vidéo originaux en représentations mathématiques compressées afin de réduire les ressources nécessaires au stockage et à la transmission. Le décodage est le processus de conversion de la représentation mathématique compressée en signal d'origine. Cet article utilisera le C++ comme exemple pour présenter comment implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage multimédia.

Implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage audio
Pour implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage audio en C++, vous pouvez utiliser des bibliothèques open source telles que FFmpeg ou GStreamer. Voici un exemple de code qui utilise la bibliothèque FFmpeg pour l'encodage et le décodage audio :

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

extern "C" {
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libavutil/opt.h>
}

void encodeAudio(const char* inputFileName, const char* outputFileName, AVCodecID codecID) {
    AVFormatContext* formatContext = NULL;
    AVCodecContext* codecContext = NULL;
    AVCodec* codec = NULL;
    AVPacket* packet = NULL;
    AVFrame* frame = NULL;
    int ret;

    av_register_all();
    avcodec_register_all();

    formatContext = avformat_alloc_context();
    ret = avformat_open_input(&formatContext, inputFileName, NULL, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the input file" << std::endl;
        return;
    }

    ret = avformat_find_stream_info(formatContext, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while finding stream information" << std::endl;
        return;
    }

    int audioStreamIndex = av_find_best_stream(formatContext, AVMEDIA_TYPE_AUDIO, -1, -1, &codec, 0);
    if (audioStreamIndex < 0) {
        std::cerr << "Error while finding audio stream" << std::endl;
        return;
    }

    codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
    ret = avcodec_open2(codecContext, codec, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the codec" << std::endl;
        return;
    }

    packet = av_packet_alloc();
    frame = av_frame_alloc();

    FILE* outputFile = fopen(outputFileName, "wb");

    while (av_read_frame(formatContext, packet) >= 0) {
        if (packet->stream_index == audioStreamIndex) {
            ret = avcodec_send_packet(codecContext, packet);
            if (ret < 0) {
                std::cerr << "Error while sending packet to the codec" << std::endl;
                break;
            }

            while (ret >= 0) {
                ret = avcodec_receive_frame(codecContext, frame);
                if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    break;
                else if (ret < 0) {
                    std::cerr << "Error while receiving frame from the codec" << std::endl;
                    break;
                }

                // 在这里可以对音频数据进行处理，如应用滤波器、增益等

                fwrite(frame->data[0], 1, frame->linesize[0], outputFile);
            }
        }

        av_packet_unref(packet);
    }

    fclose(outputFile);

    av_frame_free(&frame);
    av_packet_free(&packet);
    avcodec_free_context(&codecContext);
    avformat_close_input(&formatContext);
    avformat_free_context(formatContext);
}

void decodeAudio(const char* inputFileName, const char* outputFileName) {
    AVFormatContext* formatContext = NULL;
    AVCodecContext* codecContext = NULL;
    AVCodec* codec = NULL;
    AVPacket* packet = NULL;
    AVFrame* frame = NULL;
    int ret;

    av_register_all();
    avcodec_register_all();

    formatContext = avformat_alloc_context();
    ret = avformat_open_input(&formatContext, inputFileName, NULL, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the input file" << std::endl;
        return;
    }

    ret = avformat_find_stream_info(formatContext, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while finding stream information" << std::endl;
        return;
    }

    int audioStreamIndex = av_find_best_stream(formatContext, AVMEDIA_TYPE_AUDIO, -1, -1, &codec, 0);
    if (audioStreamIndex < 0) {
        std::cerr << "Error while finding audio stream" << std::endl;
        return;
    }

    codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
    ret = avcodec_open2(codecContext, codec, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the codec" << std::endl;
        return;
    }

    packet = av_packet_alloc();
    frame = av_frame_alloc();

    FILE* outputFile = fopen(outputFileName, "wb");

    while (av_read_frame(formatContext, packet) >= 0) {
        if (packet->stream_index == audioStreamIndex) {
            ret = avcodec_send_packet(codecContext, packet);
            if (ret < 0) {
                std::cerr << "Error while sending packet to the codec" << std::endl;
                break;
            }

            while (ret >= 0) {
                ret = avcodec_receive_frame(codecContext, frame);
                if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    break;
                else if (ret < 0) {
                    std::cerr << "Error while receiving frame from the codec" << std::endl;
                    break;
                }

                // 在这里可以对音频数据进行处理，如应用滤波器、增益等

                fwrite(frame->data[0], 1, frame->linesize[0], outputFile);
            }
        }

        av_packet_unref(packet);
    }

    fclose(outputFile);

    av_frame_free(&frame);
    av_packet_free(&packet);
    avcodec_free_context(&codecContext);
    avformat_close_input(&formatContext);
    avformat_free_context(formatContext);
}

int main() {
    const char* inputFile = "input.wav";
    const char* encodedFile = "encoded.mp3";
    const char* decodedFile = "decoded.wav";
    
    // 编码音频
    encodeAudio(inputFile, encodedFile, AV_CODEC_ID_MP3);
    
    // 解码音频
    decodeAudio(encodedFile, decodedFile);
    
    return 0;
}

Implémentation d'algorithmes d'encodage et de décodage vidéo
Pour implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage vidéo en C++, vous pouvez également utiliser des bibliothèques open source telles que FFmpeg ou GStreamer. Vous trouverez ci-dessous un exemple de code pour l'encodage et le décodage vidéo à l'aide de la bibliothèque FFmpeg :

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

extern "C" {
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include }

void encodeVideo(const char* inputFileName, const char* outputFileName, AVCodecID codecID) {
    AVFormatContext* formatContext = NULL;
    AVCodecContext* codecContext = NULL;
    AVCodec* codec = NULL;
    AVPacket* packet = NULL;
    AVFrame* frame = NULL;
    int ret;

    av_register_all();
    avcodec_register_all();

    formatContext = avformat_alloc_context();
    ret = avformat_open_input(&formatContext, inputFileName, NULL, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the input file" << std::endl;
        return;
    }

    ret = avformat_find_stream_info(formatContext, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while finding stream information" << std::endl;
        return;
    }

    int videoStreamIndex = av_find_best_stream(formatContext, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, &codec, 0);
    if (videoStreamIndex < 0) {
        std::cerr << "Error while finding video stream" << std::endl;
        return;
    }

    codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
    ret = avcodec_open2(codecContext, codec, NULL);    
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the codec" << std::endl;
        return;
    }

    packet = av_packet_alloc();
    frame = av_frame_alloc();

    FILE* outputFile = fopen(outputFileName, "wb");

    while (av_read_frame(formatContext, packet) >= 0) {
        if (packet->stream_index == videoStreamIndex) {
            ret = avcodec_send_packet(codecContext, packet);
            if (ret < 0) {
                std::cerr << "Error while sending packet to the codec" << std::endl;
                break;
            }

            while (ret >= 0) {
                ret = avcodec_receive_frame(codecContext, frame);
                if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    break;
                else if (ret < 0) {
                    std::cerr << "Error while receiving frame from the codec" << std::endl;
                    break;
                }

                // 在这里可以对视频帧进行处理，如应用滤波器、调整亮度等

                fwrite(frame->data[0], 1, frame->linesize[0], outputFile);
                fwrite(frame->data[1], 1, frame->linesize[1], outputFile);
                fwrite(frame->data[2], 1, frame->linesize[2], outputFile);
            }
        }

        av_packet_unref(packet);
    }

    fclose(outputFile);

    av_frame_free(&frame);
    av_packet_free(&packet);
    avcodec_free_context(&codecContext);
    avformat_close_input(&formatContext);
    avformat_free_context(formatContext);
}

void decodeVideo(const char* inputFileName, const char* outputFileName) {
    AVFormatContext* formatContext = NULL;
    AVCodecContext* codecContext = NULL;
    AVCodec* codec = NULL;
    AVPacket* packet = NULL;
    AVFrame* frame = NULL;
    int ret;

    av_register_all();
    avcodec_register_all();

    formatContext = avformat_alloc_context();
    ret = avformat_open_input(&formatContext, inputFileName, NULL, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the input file" << std::endl;
        return;
    }

    ret = avformat_find_stream_info(formatContext, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while finding stream information" << std::endl;
        return;
    }

    int videoStreamIndex = av_find_best_stream(formatContext, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, &codec, 0);
    if (videoStreamIndex < 0) {
        std::cerr << "Error while finding video stream" << std::endl;
        return;
    }

    codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
    ret = avcodec_open2(codecContext, codec, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error while opening the codec" << std::endl;
        return;
    }

    packet = av_packet_alloc();
    frame = av_frame_alloc();

    FILE* outputFile = fopen(outputFileName, "wb");

    while (av_read_frame(formatContext, packet) >= 0) {
        if (packet->stream_index == videoStreamIndex) {
            ret = avcodec_send_packet(codecContext, packet);
            if (ret < 0) {
                std::cerr << "Error while sending packet to the codec" << std::endl;
                break;
            }

            while (ret >= 0) {
                ret = avcodec_receive_frame(codecContext, frame);
                if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    break;
                else if (ret < 0) {
                    std::cerr << "Error while receiving frame from the codec" << std::endl;
                    break;
                }

                // 在这里可以对视频帧进行处理，如应用滤波器、调整亮度等

                fwrite(frame->data[0], 1, frame->linesize[0], outputFile);
                fwrite(frame->data[1], 1, frame->linesize[1], outputFile);
                fwrite(frame->data[2], 1, frame->linesize[2], outputFile);
            }
        }

        av_packet_unref(packet);
    }

    fclose(outputFile);

    av_frame_free(&frame);
    av_packet_free(&packet);
    avcodec_free_context(&codecContext);
    avformat_close_input(&formatContext);
    avformat_free_context(formatContext);
}

int main() {
    const char* inputFile = "input.mp4";
    const char* encodedFile = "encoded.mp4";
    const char* decodedFile = "decoded.avi";

    // 编码视频
    encodeVideo(inputFile, encodedFile, AV_CODEC_ID_H264);

    // 解码视频
    decodeVideo(encodedFile, decodedFile);

    return 0;
}

Conclusion
En utilisant des bibliothèques open source comme FFmpeg, nous pouvons implémenter des algorithmes d'encodage et de décodage audio et vidéo en C++. Cet article fournit un exemple de code pour aider les lecteurs à mieux comprendre et appliquer ces algorithmes. Les lecteurs peuvent modifier et étendre le code en fonction de besoins spécifiques pour répondre à leurs propres besoins de traitement multimédia.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!