使用Audio File读写音频文件

对于音频文件的读取，我们可以用fopen这样一段buffer一段buffer的段，但是这之后就需要自己去根据文件的头来推断文件的类型、编码格式等，然后进行解析到有效的音频数据，想想这是何等的麻烦。Apple也知道这样的麻烦，所以她在AudioToolBox中提供了音频文件的读写工具接口：“Audio File Services”以及其扩展"Extended Audio File Services"。扩展中的接口提供了音频格式转换的功能，同时也是对常用读取模式的一个Helper接口。想来是Apple在使用过程中也觉得最常用的读取就那么几个步骤，而前者的基础接口过于繁琐了。

使用“Audio File Services”时，我们需要先根据系统和文件属性，比如文件类型，长度等，然后再决定如何进行读取。比如Demo 中的按钮，先打开文件，然后读取文件属性，再读取文件内容，最后将文件关闭。

获得“Audio File Services”基本属性

“Audio File Services”作为一个服务，有其自己的限制和功能范围。通过其提供的GlobalInfo接口，可以获得其基本信息，比如支持哪些文件格式、支持哪些编码格式以及文件格式的MIME类型值查询等服务。比如：

OSStatus stts;
UInt32 infoSize = 0;
stts = AudioFileGetGlobalInfoSize(kAudioFileGlobalInfo_AllMIMETypes, 0, NULL, &infoSize);
VStatus(stts, @"AudioFileGetGlobalInfoSize");

NSArray *MIMEs;
stts = AudioFileGetGlobalInfo(kAudioFileGlobalInfo_AllMIMETypes, 0, NULL, &infoSize, &MIMEs);
VStatus(stts, @"AudioFileGetGlobalInfo");
NSLog(@"fileType is %@", MIMEs);

UInt32 propertySize;
OSType readOrwrite = kAudioFileGlobalInfo_ReadableTypes;

stts = AudioFileGetGlobalInfoSize(readOrwrite, 0, NULL, &propertySize);
VStatus(stts, @"AudioFileGetGlobalInfoSize");

OSType *types = (OSType*)malloc(propertySize);
stts = AudioFileGetGlobalInfo(readOrwrite, 0, NULL, &propertySize,  types);
VStatus(stts, @"AudioFileGetGlobalInfo");

UInt32 numTypes = propertySize / sizeof(OSType);
for (UInt32 i=0; i<numTypes; ++i){
    CFStringRef name;
    UInt32 outSize = sizeof(name);
    stts = AudioFileGetGlobalInfo(kAudioFileGlobalInfo_FileTypeName, sizeof(OSType), types+i, &outSize, &name);
    VStatus(stts, @"AudioFileGetGlobalInfo");
    NSLog(@"readalbe types: %@", name);
}

这里VStatus是一个检查返回值的宏定义。这里先获得Info的Size:

OSStatus AudioFileGetGlobalInfoSize ( AudioFilePropertyID inPropertyID, UInt32 inSpecifierSize, void *inSpecifier, UInt32 *outDataSize );

然后在获取具体的info值：

OSStatus AudioFileGetGlobalInfo ( AudioFilePropertyID inPropertyID, UInt32 inSpecifierSize, void *inSpecifier, UInt32 *ioDataSize, void *outPropertyData );

两个函数先将UInt32 inSpecifierSize, void *inSpecifier忽略掉，这样比较好理解，当获取InfoSize的时候传入一个AudioFilePropertyID 然后属性的大小值在outDataSize被返回；而当获得具体的Info的时候，则用ioDataSize指定传入buffer的大小和返回值的大小，具体的值存在outPropertyData中。

而“Specifier”也是一个buffer加上长度，在不同的AudioFilePropertyID中，需要指定不同的值，比如上面，开始用“0”和"NULL"，当要查询OSType的文件名称时，传入sizeof(OSType), types+i，也就是要查询的OSType的内容。

对照这表格再来看上面的代码就比较好容易理解了，首先kAudioFileGlobalInfo_AllMIMETypes查询属性的大小，然后Specifier为NULL查询所有 支持的MIME类型，结果为表示MIME值的CFStrings的数组（CFArray）。

接着在用kAudioFileGlobalInfo_ReadableTypes查询到属性大小，其实表示文件类型ID的UInt32数组大小。然后逐个遍历各个得到的文件类型 ID用kAudioFileGlobalInfo_FileTypeName查询到这个文件类型ID对应的CFStringRef表示的文件类型名。

打开文件

要想对音频文件进行操作，和操作普通文件一样，首先是要打开文件。其接口为：

OSStatus AudioFileOpenURL ( CFURLRef inFileRef, AudioFilePermissions inPermissions, AudioFileTypeID inFileTypeHint, AudioFileID _Nullable *outAudioFile );

各个参数很直白，文件的路径通过CFURLRef指定，其可以通过NSURL桥接转义过来，支持NSBundle路径、MediaPicker得到的路径等。表示打开来读还是什么的权限位：

enum {
   kAudioFileReadPermission      = 0x01,
   kAudioFileWritePermission     = 0x02,
   kAudioFileReadWritePermission = 0x03 
};

inFileTypeHint是打开文件的类型，iOS下可以直接用"0"。outAudioFile为真实的文件句柄或叫文件描述符。返回值通过OSStatus表示，成功返回“noErr”其他错误码参考官方文档中的Result Codes或者去OSStatus查询。

与Open对应的是Close:

OSStatus AudioFileClose ( AudioFileID inAudioFile );

关闭打开的文件描述符。

读取文件属性

在打开文件获得文件描述符后，我们就可以读取音频数据的格式信息了，比如采样率、位深度、通道数等等。和上面一样，这里的接口也是分为获得InfoSize和Info的两个步骤。

先获得属性的大小：

OSStatus AudioFileGetPropertyInfo ( AudioFileID inAudioFile, AudioFilePropertyID inPropertyID, UInt32 *outDataSize, UInt32 *isWritable );

在获得属性的具体内容

OSStatus AudioFileGetProperty ( AudioFileID inAudioFile, AudioFilePropertyID inPropertyID, UInt32 *ioDataSize, void *outPropertyData );

这里看到的就加单多了，没有了Specifier的干扰。直接就是给定一个打开的文件AudioFileID inAudioFile，然后查询的属性AudioFilePropertyID inPropertyID，接着是两个输出结果，分别是属性大小和是否可写 UInt32 *outDataSize, UInt32 *isWritable

对于可写的属性，还可以调用

OSStatus AudioFileSetProperty ( AudioFileID inAudioFile, AudioFilePropertyID inPropertyID, UInt32 inDataSize, const void *inPropertyData );

对其进行设置，当创建文件的时候就需要设置生成的文件的相关格式了。

查询接口中也是一样，查询文件“inAudioFile”的“inPropertyID”的属性值，结果存放在长度为“ioDataSize”的buffer“outPropertyData”中。属性值有：

读取文件的属性后，我们可以根据这个来进行后续的操作，比如格式转换、重采样、声道变换等操作。

读取音频数据

读取文件总共有三个接口：

OSStatus AudioFileReadBytes ( AudioFileID inAudioFile, Boolean inUseCache, SInt64 inStartingByte, UInt32 *ioNumBytes, void *outBuffer );
OSStatus AudioFileReadPacketData ( AudioFileID inAudioFile, Boolean inUseCache, UInt32 *ioNumBytes, AudioStreamPacketDescription *outPacketDescriptions, SInt64 inStartingPacket, UInt32 *ioNumPackets, void *outBuffer );
OSStatus AudioFileReadPackets ( AudioFileID inAudioFile, Boolean inUseCache, UInt32 *outNumBytes, AudioStreamPacketDescription *outPacketDescriptions, SInt64 inStartingPacket, UInt32 *ioNumPackets, void *outBuffer );

其中AudioFileReadPackets已经被Deprecated(OS X v10.10)了，所以不再推荐。AudioFileReadBytes官方不推荐用这个接口，实际我在测试时发现对MP3数据总是返回失败，PCM可读，所以也不推荐。

最后看仅剩下的AudioFileReadPacketData。这个函数首先传入一个文件描述符，这个毫无疑问。然后“inUseCache”表示是否缓存读取的数据。接着的五个参数才是控制读取的内容：

• UInt32 *outNumBytes ： 最终读到数据的大小
• AudioStreamPacketDescription *outPacketDescriptions ： 一个存放AudioStreamPacketDescription的Buffer，要足够大
• SInt64 inStartingPacket ： 起始的Packet
• UInt32 *ioNumPackets ： 当输入时表示要读取的Packet数目，输出时表示最终读入的Packet数目
• void *outBuffer ： 数据读到的具体buffer位置

代码示例：

OSStatus stts;

char *packetBuf = (char *) malloc( maxPkgSize_ *2);
if (NULL == packetBuf) {
    NSLog(@"NULL == packetBuf ");
    return ;
}

for (int i=0;i<pkgNum_ ;i+=2 ) {

    UInt32 packetBufLen = maxPkgSize_*2;
    memset(packetBuf, packetBufLen, 0);
    memset(byteBuf, maxPkgSize_, 0);

    AudioStreamPacketDescription aspDesc[2];


    UInt32 pktNum = 2;
    if ((i+2)>pkgNum_) {
        pktNum = 1;
    }
    stts = AudioFileReadPacketData(musicFD_, NO, &packetBufLen, aspDesc, i, &pktNum, packetBuf);
    if (kAudioFileEndOfFileError == stts) {
        NSLog(@"End of File");
        break;
    }
    VStatus(stts, @"AudioFileReadPacketData");
    NSLog(@"[%d/%lld]Read two packet data,desc is %d,%d [packetBufLen:%d], [pktNum:%d]", i+2, pkgNum_, aspDesc[0].mDataByteSize, aspDesc[1].mDataByteSize, packetBufLen, pktNum);
}

if (NULL != packetBuf) {
    free(packetBuf);
    packetBuf = NULL;
}

这里先按照最大的PacketSize分配两个Packet的空间，然后每次读取两个Packet，每次分配两个AudioStreamPacketDescription用来存取对应Packet的数据格式，对于CBR基本都是一样的。

写入音频数据

和读入一样，写入也有两个接口：

OSStatus AudioFileWriteBytes ( AudioFileID inAudioFile, Boolean inUseCache, SInt64 inStartingByte, UInt32 *ioNumBytes, const void *inBuffer );
OSStatus AudioFileWritePackets ( AudioFileID inAudioFile, Boolean inUseCache, UInt32 inNumBytes, const AudioStreamPacketDescription *inPacketDescriptions, SInt64 inStartingPacket, UInt32 *ioNumPackets, const void *inBuffer );

同样“AudioFileWriteBytes” Apple官方不再推荐，这里任然看“AudioFileWritePackets”,文件描述符和是否缓存和Read一样：

• UInt32 inNumBytes ：要写的数据大小
• const AudioStreamPacketDescription *inPacketDescriptions ： 每个packet对应的数据格式
• SInt64 inStartingPacket ： 其实packet偏移
• UInt32 *ioNumPackets ： 输入时表示要写入的packet数目，输出时表示真实写入的packet数目
• const void *inBuffer ： 源数据buffer

接口和Read基本雷同，使用方式也类似。

总结

使用“Audio File Service”操作文件，首先其有一定的受用范围，比如文件类型。然后对适用的文件先打开文件，在读取属性确定数据格式，比如最大Packet大小，根据这些信息分配内存读取数据；如果是写入数据，则要设置文件的属性信息，然后调用写入接口写入音频文件，最后调用Close关掉文件，避免资源泄露。

参考资料

1. Apple Core Audio Format Specification 1.0
2. Audio File Services Reference