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音视频开发 - 交叉编译

2019-09-29  本文已影响0人  文艺女青年的男人

1.交叉编译原理

先来看一下，如果要在PC上运行一个二进制程序（以源码的方式进行编译，不要以包管理工具的方式来安装），

需要怎样做。首先，要有这个二进制程序的源代码（有可能是直接下载的，也有可能是自己编写的代码），然后

在PC上进行编译链接生成可执行文件，最后在Terminal下面去执行该可执行文件。上述流程中包含了几个角色，

首先是要有源代码，然后是要知道最终运行该二进制程序的机器是哪一个（其实就是本机器），当然，其中最重

要的就是编译器和链接器了，对于C或者C++程序来讲，就是使用gcc和g++，而该编译器是需要预先安装在机器

上的。分析了这么多角色，总结成一句话就是：使用本机器的编译器，将源代码编译链接成为

一个可以在本机器。这就是正常的编译过程，也称为Native Compilation，中文译作本机编

译。

交叉编译

就是在一个平台（如PC）上生成另外一个平台（Android、iOS或者其他嵌

入式设备）的可执行代码。相较于正常编译，下面来看一下交叉编译的相应角色。首先，最终

程序运行的设备就是Android或者iOS设备，源代码就是从第三方开源网站上下载的源代码，编

译机器就是我们的PC，而编译器也必须要安装到该PC上。但是这里对编译器是有特殊需求

的，最终程序运行的系统必须要提供可运行在PC上的编译器，而该编译器就是大家常说的交

叉工具编译链。

编译器的组成：

它们都会提供以下几个工具：CC、AS、AR、LD、NM、GDB。

那么，这几个工具到底是做什么用的呢？下面就来逐一解释一下。

CC：编译器，对C源文件进行编译处理，生成汇编文件。

AS：将汇编文件生成目标文件（汇编文件使用的是指令助记符，AS将它翻译成机器码）。

AR：打包器，用于库操作，可以通过该工具从一个库中删除或者增加目标代码模块。

LD：链接器，为前面生成的目标代码分配地址空间，将多个目标文件链接成一个库或者是可执行文件。

GDB：调试工具，可以对运行过程中的程序进行代码调试工作。

STRIP：以最终生成的可执行文件或者库文件作为输入，然后消除掉其中的源码。

NM：查看静态库文件中的符号表。

Objdump：查看静态库或者动态库的方法签名。

ARM平台

苹果的iOS系统架构都基于ARM平台，但是随着时间的推移，平台也在不断地演进下面就依据iOS设备发布的时间线来逐个看一下。

armv6：iPhone、iPhone 2、iPhone 3G

armv7：iPhone 4、iPhone 4S

armv7s：iPhone 5、iPhone 5S

arm64：iPhone 5S、iPhone 6（P）、iPhone 6S（P）、iPhone7（P）机器对指令集的支持是向下兼容的，因此armv7的指令集是可以运行在iPhone 5S中的，只是效率没那么高而已。

讨论一下iOS项目文件中的一项配置，即Build Settings里面的Architectures选项。

Architectures指的是该App支持的指令集，一般情况下，在Xcode中新建一个项目，其默认的
Architectures选项值是Standard architectures（armv7、arm64），表示该App仅支持armv7和
arm64的指令集；

Valid architectures选项指即将编译的指令集，一般设置为armv7、armv7s、arm64，表示一般会编译这三个指令集；

Build ActiveArchitecture Only选项表示是否只编译当前适用的指令集，一般情况下在Debug的时候设置为YES，以便可以更加快速、高效地调试程序，而在Release的情况下设置为NO，以便App在各个机器上都能够以最高效率运行，因为Valid architectures选择的对应指令集是armv7、armv7s和arm64，在Release下会为各个指令集编译对应的代码，因此最后的ipa体积基本上翻了3倍。

2、LAME交叉编译（MP3编码引擎）

LAME是目前非常优秀的一种MP3编码引擎，在业界，转码成MP3格式的音频文件时，最常用

的编码器就是LAME库。当达到320Kbit/s以上时，LAME编码出来的音频质量几乎可以和CD的

音质相媲美，并且还能保证整个音频文件的体积非常小，因此若要在移动端平台上编码MP3文

件，使用LAME便成为唯一的选择。

在iOS上进行交叉编译时，其实在安装iOS的开发环境Xcode时，配套的编译器就已经安装好

了。开发iOS平台下的App就是这么方便，不需要再单独下载交叉工具编译链，接下来直接去

SourceForge下载最新的LAME版本，访问链接如下：

1、https://sourceforge.net/projects/lame/files/lame/3.99/

2、然后去下载外国大神的编译lame的shell脚本：https://github.com/kewlbear/lame-ios-build

3.将lame源码解压到一个文件夹里面，文件夹命名为lame

4.修改shell脚本（底下按需修改指令集）

5.在桌面生成一个文件夹X，将shell脚本和lame文件夹拖入此文件夹中

6.打开终端,输入指令

（1）cd 到文件夹X

（2）chmod 777 build-lame.sh

（3）sudo -s //提升到root权限，好像不用提升权限也可以，省掉（3）（4）

（4）输入系统密码

（5）./build-lame.sh

开始编译，编译完成之后。生成fat-lame目录和thin-lame目录，分别存放合并所有指令集的静态库，以及各指令集的静态库.

根据所需，copy lame.h和libmp3lame.a文件到project里，就可以正常使用了，如果发现Build Phases 的Compile Sources是否有lame.h，否则将.h添加进来。

2-1

在这个过程中可能会遇到一些问题：再执行完上面的命令之后，提示找不到xcodebuild

xcode-select: error: tool 'xcodebuild' requires Xcode, but active developer directory '/Library/Developer/CommandLineTools' is a command line tools instance

需要更新一下xcode的路径

解决方法：在终端输入命令

xcode-select -switch 新的xcode路径

例如：

$ sudo xcode-select --switch /Applications/Xcode\ 5.1.app/Contents/Developer/

3、FDK_AAC交叉编译（ACC音频编码）

FDK_AAC是用来编码和解码AAC格式音频文件的开源库，Android系统编码和解码AAC所用

的就是这个库。开发者Fraunhofer IIS是AAC音频规范的核心制定者（MP3时代Fraunhofer IIS

也是MP3规范的制定者）。AAC有很多种Profile，而FDK_AAC几乎支持大部分的Profile，并

且支持CBR和VBR这两种模式，在同等码率下FDK_AAC比NeroAAC以及faac和voaac的音

都要好一些。

1、下载地址：

https://sourceforge.net/p/opencore-amr/fdk-aac/ci/v0.1.4/tree/

2、下载完成后将其放到桌面一个新建的文件夹fdk-aac下,FDK_AAC的配置选项中要求比LAME多

配置一项AS参数，并且需要安装gas-preprocessor，首先进入下方链接：

https://github.com/applexiaohao/gas-preprocessor

下载gas-preprocessor.pl，然后复制到/usr/local/bin/目录下，修改/usr/local/bin/gas-preprocessor.pl的文件权限为可执行权限：

chmod 777 /usr/local/bin/gas-preprocessor.pl

这样gas-preprocessor.pl就安装成功了，

3、脚本下载路径：https://github.com/kewlbear/fdk-aac-build-script-for-iOS,将下载的build-fdk-aac.sh文件放到文件夹fdk-aac下,

4、终端执行:brew install automake libtool .

5、修改build-fdk-aac.sh 文件里:SOURCE="fdk-aac名称"和ARCHS="arm64 x86_64 i386 armv7 armv7s",打开文本编辑修改就行

6、终端cd 到文件夹fdk-aac,再执行./build-fdk-aac.sh就好了


2-2

7、再cd 到 fdk-aac-ios文件夹下的lib文件夹 执行:file libfdk-aac.a

出现:

libfdk-aac.a: Mach-O universal binary with 5 architectures: [i386:current ar archive] [arm64]

libfdk-aac.a (for architecture i386):   current ar archive

libfdk-aac.a (for architecture armv7):  current ar archive

libfdk-aac.a (for architecture armv7s): current ar archive

libfdk-aac.a (for architecture x86_64): current ar archive

libfdk-aac.a (for architecture arm64):  current ar archive

就好了

4、X264交叉编译（视频编码）

X264是一个开源的H.264/MPEG-4 AVC视频编码函数库，是最好的有损视频编码器之一。一

般的输入是视频帧的YUV表示，输出是编码之后的H264的数据包，并且支持CBR、VBR模

式，可以在编码的过程中直接改变码率的设置，这在直播的场景中是非常实用的（直播场景下

利用该特点可以做码率自适应）。

1、获取X264源码，还是放到一个x264的文件夹中

http://www.videolan.org/developers/x264.html

2、下载脚本，放到x264文件夹中
https://github.com/tangyi1234/x264-iOS-build-script

3、由于已经下载了gas-preprocessor，所以不需要执行相应的下载步骤

4、打开终端进入cd到集成脚本目录，执行./build-x264.sh，从lib中查看.a文件的支持架构

libx264.a (for architecture armv7): current ar archive random library
libx264.a (for architecture armv7s):    current ar archive random library
libx264.a (for architecture arm64): current ar archive random library

执行完之后的x264文件夹结构


2-3

5、脚本中可能涉及到的几个重要的字段

上面提到的三个脚本其实内部分为了很多部分，包括单独架构的.a文件生成、合并不同编译器架构的.a文件，其中在生成.a文件的时候用到了几个关键字段：

./configure \
--disable-shared \
--disable-frontend \
--host=arm-apple-darwin \
--prefix="./thin/armv7" \
CC="xcrun -sdk iphoneos clang -arch armv7" \
CFLAGS="-arch armv7 -fembed-bitcode -miphoneos-version-min=7.0" \
LDFLAGS="-arch armv7 -fembed-bitcode -miphoneos-version-min=7.0"
make clean
make -j8
make instal

configure是符合GNU标准的软件包发布所必备的命令，所以这里是通过configure的方式来生成Makefile文件，然后使用make和make install编译和安装整个库。可使用configure-h命令来查看一下configure的帮助文档，了解LAME的可选配置项，具体如下。

--prefix：指定将编译好的库放到哪个目录下，这是GNU大部分库的标准配置。

--host：指定最终库要运行的平台。

CC：指定交叉工具编译链的路径，其实这里就是指定gcc的路径。

CFLAGS：指定编译时所带的参数。Shell脚本中指定-march是armv7平台，代表编译的库运行的目标平台是armv7平台；另外Shell脚本中也指定了打开bitcode选项，这使得使用编译出来的这个库的工程，可以将enable-bitcode选项设置为YES，如果没有打开该选项，那么其在Xcode中只能设置为NO，而这对于最终App的运行性能会有一定的影响。Shell脚本中同时也指定了编译出来的这个库所支持的最低iOS版本是7.0，如果不配置该参数的话，则默认是iOS 9.0版本，而所使用的编译出来的这个库的工程，若所支持的最低iOS版本不是9.0的话，Xcode就会给出警告。

LDFLAGS：指定链接过程中的参数，同样也要带上bitcode的选项以及开发者期望App支持的
最低iOS版本的选项参数。

--disable-shared：通常是GNU标准中关闭动态链接库的选项，一般是在编译出命令行工具的时候，期望命令行工具可以单独使用而不需要动态链接库的配置。

--disable-frontend：不编译出LAME的可执行文件。

bitcode:表明当开发者提交应用（App）到App Store上的时候，Xcode会将程序编译为一个中间表现形式（bitcode）。App Store会将该bitcode中间表现形式的代码进行编译优化，链接为64位或者32位的程序。如果程序中用到了第三方静态库，则必须在编译第三方静态库的时候也开启bitcode，否则在Xcode的Build Setting中必须要关闭bitcode，这对于App来讲可能会造成性能的降低。

6、利用LAME进行pcm转MP3

1、创建Xcode项目WKLameDemo，并引入编译好的lame.h和libmp3lame.a

2、首先新建两个文件：mp3_encoder.h和mp3_encoder.cpp，当前的两个文件是创建c++文件时

将.hpp改为.h，先看一下头文件应该如何编写：

头文件其实就是用于定义该类对外提供的接口。这里提供的是一个Init接口，输入的是一个

PCM FilePath和一个MP3FilePath，会判定输入文件是否存在、初始化LAME以及初始化输出

文件的资源，返回值是该函数是否成功初始化了所有的相关资源，成功则返回true，否则返回

false。此外，还要再提供一个encode方法，负责读取PCM数据，并且调用LAME进行编码，

然后将编码之后的数据写入文件。最后再对外提供一个销毁资源的接口destroy方法，用于关

闭所有的资源。

#include "lame.h"

class Mp3Encoder {
private:
    FILE* pcmFile;
    FILE* mp3File;
    lame_t lameClient;
public:
    Mp3Encoder();
    ~Mp3Encoder();
    int Init(const char* pcmFilePath, const char *mp3FilePath, int sampleRate, int channels, int bitRate);
    void Encode();
    void Destory();
};

接下来实现文件中进行具体实现：

#include "mp3_encoder.h"

//以读的方式”rb“打开pcm文件，以写的方式”wb“打开mp3文件，初始化Lame
int Mp3Encoder::Init(const char* pcmFilePath, const char *mp3FilePath, int sampleRate, int channels, int bitRate) {
    int ret = -1;
    pcmFile = fopen(pcmFilePath, "rb");
    if(pcmFile) {
        mp3File = fopen(mp3FilePath, "wb");
        if(mp3File) {
            lameClient = lame_init();
            lame_set_in_samplerate(lameClient, sampleRate);
            lame_set_out_samplerate(lameClient, sampleRate);
            lame_set_num_channels(lameClient, channels);
            lame_set_brate(lameClient, bitRate / 1000);
            lame_init_params(lameClient);
            ret = 0;
            
        }
    }
    return ret;
}

//encode编码，主体是一个循环，每次都会读取一段bufferSize
void Mp3Encoder::Encode(){
   //每次都会读取一段bufferSize大小
    int bufferSize = 1024*256;
    short* buffer = new short[bufferSize/2];
    short* leftBuffer = new short[bufferSize/4];
    short* rightBuffer = new short[bufferSize/4];
    unsigned char* mp3_buffer = new unsigned char[bufferSize];
    size_t readBufferSize = 0;
    while ((readBufferSize = fread(buffer, 2, bufferSize/2, pcmFile)) > 0){
        //将buffer的左右声道（）分开
        for (int i = 0; readBufferSize; i++) {
            if (i%2==0) {
                leftBuffer[i/2] = buffer[i];
            }else{
                rightBuffer[i/2] = buffer[i];
            }
        }
        //送入到lame编码器
        size_t wroteSize = lame_encode_buffer(lameClient, (short int *)leftBuffer, (short int *)rightBuffer, (int)(readBufferSize/2), mp3_buffer, bufferSize);
        fwrite(mp3_buffer, 1, wroteSize, mp3File);
    }
    delete [] buffer;
    delete [] leftBuffer;
    delete [] rightBuffer;
    delete [] mp3_buffer;
}
//销毁中间变量
void Mp3Encoder::Destory(){
    if (pcmFile) {
        fclose(pcmFile);
    }
    if (mp3File) {
        fclose(mp3File);
        lame_close(lameClient);
    }
}

3、在ViewController中开始将pcm编码成mp3

ViewController要改成.mm支持c++，将vocal.pcm文件放入沙河，并开始执行encode任务，最终可以在电脑上导出真机中的沙河mp3文件进行播放。

    [[[NSBundle mainBundle] bundlePath] stringByAppendingPathComponent:@"vocal.pcm"];
    
    
    NSString *path = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES).firstObject  stringByAppendingPathComponent:@"vocal.mp3"];
    

    Mp3Encoder* encoder = new Mp3Encoder;
    encoder->Encode();
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