C++ でマルチメディア エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装するにはどうすればよいですか?

C でマルチメディア エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装するにはどうすればよいですか?

要約: マルチメディアのエンコードとデコードは、オーディオおよびビデオ処理の主要なテクノロジです。この記事では、C でマルチメディア エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装する方法を説明し、コード例を示します。

はじめに
最新のマルチメディア アプリケーションでは、メディア エンコードおよびデコード テクノロジが重要な役割を果たしています。マルチメディア コーディングは、元のオーディオ信号とビデオ信号を圧縮された数学的表現に変換して、保存と送信に必要なリソースを削減します。デコードは、圧縮された数学的表現を元の信号に変換するプロセスです。この記事では、C を例として使用して、マルチメディア エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装する方法を紹介します。

オーディオ エンコードおよびデコード アルゴリズムの実装
C でオーディオ エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装するには、FFmpeg や GStreamer などのオープン ソース ライブラリを使用できます。以下は、オーディオのエンコードとデコードに FFmpeg ライブラリを使用するサンプル コードです。

#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;
}

ビデオのエンコードとデコードのアルゴリズムの実装
C でのビデオのエンコードとデコードのアルゴリズムの実装。次のようなオープン ソース ライブラリを使用することもできます。 FFmpeg または GStreamer として。以下は、FFmpeg ライブラリを使用したビデオのエンコードとデコードのサンプル コードです。

#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;
}

結論
FFmpeg などのオープン ソース ライブラリを使用すると、オーディオとビデオのエンコードとデコードのアルゴリズムを C で実装できます。この記事では、読者がこれらのアルゴリズムをより深く理解し、適用できるようにするサンプル コードを提供します。読者は、特定のニーズに応じてコードを変更および拡張し、独自のマルチメディア処理ニーズを満たすことができます。

以上がC++ でマルチメディア エンコードおよびデコード アルゴリズムを実装するにはどうすればよいですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。