audioop --- 处理原始音频数据


audioop 模块包含针对声音片段的一些有用操作。它操作的声音片段由 8、16、24 或 32 位宽的有符号整型采样值组成,存储在 类字节串对象 中。除非特别说明,否则所有标量项目均为整数。

3.4 版更變: 增加了对 24 位采样的支持。现在,所有函数都接受任何 类字节串对象。而传入字符串会立即导致错误。

本模块提供对 a-LAW、u-LAW 和 Intel/DVI ADPCM 编码的支持。

部分更复杂的操作仅接受 16 位采样,而其他操作始终需要采样大小(以字节为单位)作为该操作的参数。

此模块定义了下列变量和函数:

exception audioop.error

所有错误都会抛出此异常,比如采样值的字节数未知等等。

audioop.add(fragment1, fragment2, width)

两个采样作为参数传入,返回一个片段,该片段是两个采样的和。width 是采样位宽(以字节为单位),可以取 1, 2, 34。两个片段的长度应相同。如果发生溢出,较长的采样将被截断。

audioop.adpcm2lin(adpcmfragment, width, state)

将 Intel/DVI ADPCM 编码的片段解码为线性片段。关于 ADPCM 编码的详情请参阅 lin2adpcm() 的描述。返回一个元组 (sample, newstate),其中 sample 的位宽由 width 指定。

audioop.alaw2lin(fragment, width)

将 a-LAW 编码的声音片段转换为线性编码声音片段。由于 a-LAW 编码采样值始终为 8 位,因此这里的 width 仅指输出片段的采样位宽。

audioop.avg(fragment, width)

返回片段中所有采样值的平均值。

audioop.avgpp(fragment, width)

返回片段中所有采样值的平均峰峰值。由于没有进行过滤,因此该例程的实用性尚存疑。

audioop.bias(fragment, width, bias)

返回一个片段,该片段由原始片段中的每个采样值加上偏差组成。在溢出时采样值会回卷 (wrap around)。

audioop.byteswap(fragment, width)

“按字节交换”片段中的所有采样值,返回修改后的片段。将大端序采样转换为小端序采样,反之亦然。

3.4 版新加入.

audioop.cross(fragment, width)

将片段作为参数传入,返回其中过零点的数量。

audioop.findfactor(fragment, reference)

返回一个系数 F 使得 rms(add(fragment, mul(reference, -F))) 最小,即返回的系数乘以 reference 后与 fragment 最匹配。两个片段都应包含 2 字节宽的采样。

本例程所需的时间与 len(fragment) 成正比。

audioop.findfit(fragment, reference)

尽可能尝试让 reference 匹配 fragment 的一部分(fragment 应较长)。从概念上讲,完成这些靠从 fragment 中取出切片,使用 findfactor() 计算最佳匹配,并最小化结果。两个片段都应包含 2 字节宽的采样。返回一个元组 (offset, factor),其中 offset 是在 fragment 中的偏移量(整数),表示从此处开始最佳匹配,而 factor 是由 findfactor() 定义的因数(浮点数)。

audioop.findmax(fragment, length)

fragment 中搜索所有长度为 length 的采样切片(不是字节!)中,能量最大的那一个切片,即返回 i 使得 rms(fragment[i*2:(i+length)*2]) 最大。两个片段都应包含 2 字节宽的采样。

本例程所需的时间与 len(fragment) 成正比。

audioop.getsample(fragment, width, index)

返回片段中采样值索引 index 的值。

audioop.lin2adpcm(fragment, width, state)

将采样转换为 4 位 Intel/DVI ADPCM 编码。ADPCM 编码是一种自适应编码方案,其中每个 4 比特数字是一个采样值与下一个采样值之间的差除以(不定的)步长。IMA 已选择使用 Intel/DVI ADPCM 算法,因此它很可能成为标准。

state 是一个表示编码器状态的元组。编码器返回一个元组 (adpcmfrag, newstate),而 newstate 要在下一次调用 lin2adpcm() 时传入。在初始调用中,可以将 None 作为 state 传递。adpcmfrag 是 ADPCM 编码的片段,每个字节打包了 2 个 4 比特值。

audioop.lin2alaw(fragment, width)

将音频片段中的采样值转换为 a-LAW 编码,并将其作为字节对象返回。a-LAW 是一种音频编码格式,仅使用 8 位采样即可获得大约 13 位的动态范围。Sun 音频硬件等使用该编码。

audioop.lin2lin(fragment, width, newwidth)

将采样在 1、2、3 和 4 字节格式之间转换。

備註

在某些音频格式(如 .WAV 文件)中,16、24 和 32 位采样是有符号的,但 8 位采样是无符号的。因此,当将这些格式转换为 8 位宽采样时,还需使结果加上 128:

new_frames = audioop.lin2lin(frames, old_width, 1)
new_frames = audioop.bias(new_frames, 1, 128)

反之,将 8 位宽的采样转换为 16、24 或 32 位时,必须采用相同的处理。

audioop.lin2ulaw(fragment, width)

将音频片段中的采样值转换为 u-LAW 编码,并将其作为字节对象返回。u-LAW 是一种音频编码格式,仅使用 8 位采样即可获得大约 14 位的动态范围。Sun 音频硬件等使用该编码。

audioop.max(fragment, width)

返回片段中所有采样值的最大 绝对值

audioop.maxpp(fragment, width)

返回声音片段中的最大峰峰值。

audioop.minmax(fragment, width)

返回声音片段中所有采样值的最小值和最大值组成的元组。

audioop.mul(fragment, width, factor)

返回一个片段,该片段由原始片段中的每个采样值乘以浮点值 factor 组成。如果发生溢出,采样将被截断。

audioop.ratecv(fragment, width, nchannels, inrate, outrate, state[, weightA[, weightB]])

转换输入片段的帧速率。

state 是一个表示转换器状态的元组。转换器返回一个元组 (newfragment, newstate),而 newstate 要在下一次调用 ratecv() 时传入。初始调用应传入 None 作为 state。

参数 weightAweightB 是简单数字滤波器的参数,默认分别为 10

audioop.reverse(fragment, width)

将片段中的采样值反转,返回修改后的片段。

audioop.rms(fragment, width)

返回片段的均方根值,即 sqrt(sum(S_i^2)/n)

测量音频信号的能量。

audioop.tomono(fragment, width, lfactor, rfactor)

将立体声片段转换为单声道片段。左通道乘以 lfactor,右通道乘以 rfactor,然后两个通道相加得到单声道信号。

audioop.tostereo(fragment, width, lfactor, rfactor)

由单声道片段生成立体声片段。立体声片段中的两对采样都是从单声道计算而来的,即左声道是乘以 lfactor,右声道是乘以 rfactor

audioop.ulaw2lin(fragment, width)

将 u-LAW 编码的声音片段转换为线性编码声音片段。由于 u-LAW 编码采样值始终为 8 位,因此这里的 width 仅指输出片段的采样位宽。

请注意,诸如 mul()max() 之类的操作在单声道和立体声间没有区别,即所有采样都作相同处理。如果出现问题,应先将立体声片段拆分为两个单声道片段,之后再重组。以下是如何进行该操作的示例:

def mul_stereo(sample, width, lfactor, rfactor):
    lsample = audioop.tomono(sample, width, 1, 0)
    rsample = audioop.tomono(sample, width, 0, 1)
    lsample = audioop.mul(lsample, width, lfactor)
    rsample = audioop.mul(rsample, width, rfactor)
    lsample = audioop.tostereo(lsample, width, 1, 0)
    rsample = audioop.tostereo(rsample, width, 0, 1)
    return audioop.add(lsample, rsample, width)

如果使用 ADPCM 编码器构造网络数据包,并且希望协议是无状态的(即能够容忍数据包丢失),则不仅需要传输数据,还应该传输状态。请注意,必须将*初始*状态(传入 lin2adpcm() 的状态)发送给解码器,不能发送最终状态(编码器返回的状态)。如果要使用 struct.Struct 以二进制保存状态,可以将第一个元素(预测值)用 16 位编码,将第二个元素(增量索引)用 8 位编码。

本 ADPCM 编码器从不与其他 ADPCM 编码器对立,仅针对自身。本开发者可能会误读标准,这种情况下它们将无法与相应标准互操作。

乍看之下 find*() 例程可能有些可笑。它们主要是用于回声消除,一种快速有效的方法是选取输出样本中能量最高的片段,在输入样本中定位该片段,然后从输入样本中减去整个输出样本:

def echocancel(outputdata, inputdata):
    pos = audioop.findmax(outputdata, 800)    # one tenth second
    out_test = outputdata[pos*2:]
    in_test = inputdata[pos*2:]
    ipos, factor = audioop.findfit(in_test, out_test)
    # Optional (for better cancellation):
    # factor = audioop.findfactor(in_test[ipos*2:ipos*2+len(out_test)],
    #              out_test)
    prefill = '\0'*(pos+ipos)*2
    postfill = '\0'*(len(inputdata)-len(prefill)-len(outputdata))
    outputdata = prefill + audioop.mul(outputdata, 2, -factor) + postfill
    return audioop.add(inputdata, outputdata, 2)