Golang et FFmpeg : Comment réduire le bruit audio et réparer la distorsion

Golang et FFmpeg : Comment réaliser une réduction du bruit audio et une réparation de la distorsion

Introduction :
Dans le domaine du traitement audio, la réduction du bruit et la réparation de la distorsion sont deux tâches très importantes. La réduction du bruit peut supprimer le bruit dans l'audio, améliorer la qualité du son et rendre l'audio plus clair ; tandis que la réparation de la distorsion peut réparer la distorsion introduite en raison de la transmission ou de l'enregistrement, afin que l'audio puisse restaurer sa qualité sonore d'origine. Cet article expliquera comment utiliser les bibliothèques Golang et FFmpeg pour implémenter la réduction du bruit audio et la réparation de la distorsion, avec des exemples de code spécifiques.

1. Installez et configurez FFmpeg

Tout d'abord, nous devons installer la bibliothèque FFmpeg et configurer l'environnement. Sur les systèmes Linux, vous pouvez utiliser des outils de gestion de packages pour l'installation, tels que :

$ sudo apt-get install ffmpeg

Sur les systèmes Windows, vous pouvez télécharger le package d'installation depuis le site officiel de FFmpeg pour l'installation.

Une fois l'installation terminée, nous devons introduire la bibliothèque FFmpeg dans Golang. Vous pouvez utiliser l'outil de gestion de paquets de Go pour l'installer, tel que :

$ go get github.com/giorgisio/goav/avformat
$ go get github.com/giorgisio/goav/avutil

Ensuite, introduisez la bibliothèque FFmpeg dans le code :

import (
    "github.com/giorgisio/goav/avformat"
    "github.com/giorgisio/goav/avutil"
)

2. Implémentation de la réduction du bruit audio

La réduction du bruit audio peut être obtenue en supprimant le composant de bruit dans le spectre. Dans FFmpeg, nous pouvons utiliser le filtre audio Denoise pour la réduction du bruit.

Le code spécifique est le suivant :

func denoise(inputFile string, outputFile string) error {
    inputFormat := avformat.AvFindInputFormat("wav")
    avformat.AvRegisterAll()

    // 打开输入文件
    inputContext := avformat.AvformatAllocContext()
    if avformat.AvformatOpenInput(&inputContext, inputFile, inputFormat, nil) != 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open input file")
    }
    defer avformat.AvformatCloseInput(&inputContext)

    // 打开输出文件
    outputContext := avformat.AvformatAllocContext()
    if avformat.AvformatAllocOutputContext2(&outputContext, nil, "wav", outputFile) != 0 {
        return fmt.Errorf("failed to create output context")
    }
    defer avformat.AvformatFreeContext(outputContext)
    
    // 寻找音频流
    if avformat.AvformatFindStreamInfo(inputContext, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to find stream info")
    }

    audioStreamIndex := -1
    for i := 0; i < len(inputContext.Streams); i++ {
        if inputContext.Streams[i].CodecParameters.GetCodecType() == avformat.AVMEDIA_TYPE_AUDIO {
            audioStreamIndex = i
            break
        }
    }

    if audioStreamIndex == -1 {
        return fmt.Errorf("failed to find audio stream")
    }

    audioStream := inputContext.Streams[audioStreamIndex]
    codecParameters := audioStream.CodecParameters

    // 初始化解码器
    decoder := avformat.AvcodecFindDecoder(codecParameters.GetCodecId())
    if decoder == nil {
        return fmt.Errorf("failed to find decoder")
    }
    
    codecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(decoder)
    if codecContext == nil {
        return fmt.Errorf("failed to allocate codec context")
    }

    if avformat.AvcodecParametersToContext(codecContext, codecParameters) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to copy codec parameters")
    }

    if avformat.AvcodecOpen2(codecContext, decoder, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open decoder")
    }

    // 初始化音频处理滤镜
    filters := fmt.Sprintf("anullsrc=cl=stereo|cr=44100,ade noise" +
        "=all_mode=0:amount=0.8,f=format=s16p:samplerate=44100" +
        ":sample_fmts=s16", codecParameters.SampleRate)

    audioFilterGraph := avutil.AvfilterGraphAlloc()

    if avutil.AvfilterGraphParse2(audioFilterGraph, filters, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to parse filter graph")
    }

    // 初始化音频转换器
    audioConvertContext := avutil.AvAudioResampleInit(codecContext.Channels,
        codecContext.SampleRate, codecParameters.SampleRate,
        codecParameters.Channels, avutil.SampleFormat(codecParameters.Format),  
        avutil.SampleFormat(avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16), 0, 0, nil)

    if audioConvertContext == nil {
        return fmt.Errorf("failed to init audio resampler")
    }

    // 初始化输出编码器
    outputCodec := avformat.AvcodecFindEncoder(avformat.CodecId(codecParameters.GetCodecId()))
    if outputCodec == nil {
        return fmt.Errorf("failed to find output encoder")
    }

    outputCodecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(outputCodec)
    if outputCodecContext == nil {
        return fmt.Errorf("failed to allocate output codec context")
    }

    outputCodecContext.SampleRate = codecParameters.SampleRate
    outputCodecContext.Channels = codecParameters.Channels
    outputCodecContext.SampleFmt = avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16
    outputCodecContext.BitRate = codecParameters.BitRate

    if avformat.AvcodecOpen2(outputCodecContext, outputCodec, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open output encoder")
    }

    // 初始化输出流
    outputStream := outputContext.AvformatNewStream(outputCodec)
    if outputStream == nil {
        return fmt.Errorf("failed to create output stream")
    }
    outputStream.CodecParameters = codecParameters

    // 写入输出文件头
    if avformat.AvformatWriteHeader(outputContext, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to write output header")
    }

    // 音频流降噪并写入输出文件
    packet := avformat.AvPacketAlloc()
    for avformat.AvReadFrame(inputContext, packet) >= 0 {
        if packet.StreamIndex == audioStreamIndex {
            // 解码音频帧
            frame := avutil.AvFrameAlloc()
            if avformat.AvcodecSendPacket(codecContext, packet) == 0 {
                for avformat.AvcodecReceiveFrame(codecContext, frame) >= 0 {
                    // 音频降噪
                    avutil.AvBuffersrcAddFrameFlags(audioFilterGraph.GetInputs()[0], frame, 0)
                    for avutil.AvBuffersinkGetFrame(audioFilterGraph.GetOutputs()[0].GetFilterContext(), frame) >= 0 {
                        // 音频转换
                        avutil.AvAudioResampleConvert(audioConvertContext, &frame.Data, frame.GetExtendedData(), 
                            frame.GetNbSamples(), frame.Channels, frame.Format, frame.SampleRate, 0)

                        // 编码音频
                        if avformat.AvcodecSendFrame(outputCodecContext, frame) == 0 {
                            for avformat.AvcodecReceivePacket(outputCodecContext, packet) >= 0 {
                                packet.StreamIndex = outputStream.Index
                                avformat.AvpacketRescaleTs(packet, codecContext.TimeBase, outputStream.TimeBase)
                                avformat.AvInterleavedWriteFrame(outputContext, packet)
                                avformat.AvPacketUnref(packet)
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            avutil.AvFrameFree(&frame)
        }
        avformat.AvPacketUnref(packet)
    }

    // 写入输出文件尾
    avformat.AvWriteTrailer(outputContext)

    return nil
}

3. Mise en œuvre de la réparation de la distorsion audio

La réparation de la distorsion audio peut restaurer la qualité sonore d'origine grâce à certains algorithmes. Dans FFmpeg, nous pouvons utiliser des filtres audio qui réparent la hauteur pour réparer la distorsion.

Le code spécifique est le suivant :

func distort(inputFile string, outputFile string) error {
    inputFormat := avformat.AvFindInputFormat("wav")
    avformat.AvRegisterAll()

    // 打开输入文件
    inputContext := avformat.AvformatAllocContext()
    if avformat.AvformatOpenInput(&inputContext, inputFile, inputFormat, nil) != 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open input file")
    }
    defer avformat.AvformatCloseInput(&inputContext)

    // 打开输出文件
    outputContext := avformat.AvformatAllocContext()
    if avformat.AvformatAllocOutputContext2(&outputContext, nil, "wav", outputFile) != 0 {
        return fmt.Errorf("failed to create output context")
    }
    defer avformat.AvformatFreeContext(outputContext)
    
    // 寻找音频流
    if avformat.AvformatFindStreamInfo(inputContext, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to find stream info")
    }

    audioStreamIndex := -1
    for i := 0; i < len(inputContext.Streams); i++ {
        if inputContext.Streams[i].CodecParameters.GetCodecType() == avformat.AVMEDIA_TYPE_AUDIO {
            audioStreamIndex = i
            break
        }
    }

    if audioStreamIndex == -1 {
        return fmt.Errorf("failed to find audio stream")
    }

    audioStream := inputContext.Streams[audioStreamIndex]
    codecParameters := audioStream.CodecParameters

    // 初始化解码器
    decoder := avformat.AvcodecFindDecoder(codecParameters.GetCodecId())
    if decoder == nil {
        return fmt.Errorf("failed to find decoder")
    }
    
    codecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(decoder)
    if codecContext == nil {
        return fmt.Errorf("failed to allocate codec context")
    }

    if avformat.AvcodecParametersToContext(codecContext, codecParameters) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to copy codec parameters")
    }

    if avformat.AvcodecOpen2(codecContext, decoder, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open decoder")
    }

    // 初始化音频处理滤镜
    filters := fmt.Sprintf("asetrate=44100,aresample=44100,atempo=1")

    audioFilterGraph := avutil.AvfilterGraphAlloc()

    if avutil.AvfilterGraphParse2(audioFilterGraph, filters, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to parse filter graph")
    }

    // 初始化输出编码器
    outputCodec := avformat.AvcodecFindEncoder(avformat.CodecId(codecParameters.GetCodecId()))
    if outputCodec == nil {
        return fmt.Errorf("failed to find output encoder")
    }

    outputCodecContext := avformat.AvcodecAllocContext3(outputCodec)
    if outputCodecContext == nil {
        return fmt.Errorf("failed to allocate output codec context")
    }

    outputCodecContext.SampleRate = codecParameters.SampleRate
    outputCodecContext.Channels = codecParameters.Channels
    outputCodecContext.SampleFmt = avutil.AV_SAMPLE_FMT_S16
    outputCodecContext.BitRate = codecParameters.BitRate

    if avformat.AvcodecOpen2(outputCodecContext, outputCodec, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to open output encoder")
    }

    // 初始化输出流
    outputStream := outputContext.AvformatNewStream(outputCodec)
    if outputStream == nil {
        return fmt.Errorf("failed to create output stream")
    }
    outputStream.CodecParameters = codecParameters

    // 写入输出文件头
    if avformat.AvformatWriteHeader(outputContext, nil) < 0 {
        return fmt.Errorf("failed to write output header")
    }

    // 音频流失真修复并写入输出文件
    packet := avformat.AvPacketAlloc()
    for avformat.AvReadFrame(inputContext, packet) >= 0 {
        if packet.StreamIndex == audioStreamIndex {
            // 解码音频帧
            frame := avutil.AvFrameAlloc()
            if avformat.AvcodecSendPacket(codecContext, packet) == 0 {
                for avformat.AvcodecReceiveFrame(codecContext, frame) >= 0 {
                    // 音频失真修复
                    avutil.AvBuffersrcAddFrameFlags(audioFilterGraph.GetInputs()[0], frame, 0)
                    for avutil.AvBuffersinkGetFrame(audioFilterGraph.GetOutputs()[0].GetFilterContext(), frame) >= 0 {
                        // 编码音频
                        if avformat.AvcodecSendFrame(outputCodecContext, frame) == 0 {
                            for avformat.AvcodecReceivePacket(outputCodecContext, packet) >= 0 {
                                packet.StreamIndex = outputStream.Index
                                avformat.AvpacketRescaleTs(packet, codecContext.TimeBase, outputStream.TimeBase)
                                avformat.AvInterleavedWriteFrame(outputContext, packet)
                                avformat.AvPacketUnref(packet)
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            avutil.AvFrameFree(&frame)
        }
        avformat.AvPacketUnref(packet)
    }

    // 写入输出文件尾
    avformat.AvWriteTrailer(outputContext)

    return nil
}

Résumé :

En utilisant le langage Golang et la bibliothèque FFmpeg, nous pouvons facilement implémenter des fonctions de réduction du bruit audio et de réparation de distorsion. En termes de réduction du bruit, nous utilisons des filtres audio Denoise pour supprimer le bruit ; en termes de réparation de distorsion, nous utilisons des filtres audio qui réparent la hauteur pour restaurer la qualité sonore d'origine de l'audio. Les exemples de code ci-dessus sont spécifiques, j'espère qu'ils vous seront utiles.

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