7 AMR-WB 编解码
AMR-WB 由 3GPP（第三代合作伙伴计划）制定10，是一种用于语音编码的音频压缩标准，广泛应用于移动通信领域，特别是在 3G 和 4G 网络中。
AMR-WB 支持的音频带宽范围为 50-7000 Hz，比 AMR-NB 更宽，语音更清晰、自然。
具备从 6.6 kbps 到 23.85 kbps 等多种码率，支持动态调整、优化语音质量和带宽占用。
AMR-WB 音频采样率为 16kHz，以 20ms 为一帧，即 320 个采样（AMR_WB_PCM_FRAME_16k）。
7.1 使用方法
7.1.1 编码
初始化
使用 amr_wb_encoder_init 初始化编码器对象：
struct amr_wb_encoder *amr_wb_encoder_init(
int bit_stream_format, // 比特流格式
int allow_dtx, // 是否启用 DTX (1 或 0)
int mode, // 默认模式（即码率）
void *buf); // 用于存放上下文的内存
支持三种比特流格式，如表 7.1 所示。当用于语音数据压缩时，
应该使用 MIME 格式（AMR_WB_BIT_STREAM_FORMAT_MIME_IETF）。
表 7.1: AMR-WB 比特流格式
格式
帧头长度（字节）
载荷格式
ETS
6
每 2 个字节表示一个比特
ITU
4
每 2 个字节表示一个比特
MIME
1
详见 RFC 3267 (5.1，5.3)
帧头长度也可以通过 amr_wb_get_frame_header_size(mode) 获得。
allow_dtx 参数详见 AMR-WB 规范，可以填 0。
模式参数 mode 与实际码率对应关系见表 7.2。
表 7.2: AMR-WB 码率模式与帧长（MIME 格式）
模式
码率（kb/s）
每帧比特数
每帧载荷长度（字节）
0
6.6
132
17
1
8.85
177
23
2
12.65
253
32
3
14.25
285
36
4
15.85
317
40
5
18.25
365
40
6
19.85
397
50
7
23.05
461
58
8
23.85
477
60
调用 amr_wb_encoder_get_context_size() 可获取 buf 所需大小。
编码
调用 amr_wb_encoder_encode_frame 编码一个音频帧，其返回值为音频帧的帧头和载荷的总长度。
int amr_wb_encoder_encode_frame(
struct amr_wb_encoder *ctx, // 编码器对象
const int16_t *pcm_samples, // PCM 输入
uint8_t *output, // 编码输出
void *scratch); // 临时内存
编码输出 output 的大小根据选择的码率确定（见表 7.2），
例如，若码率为 6.6 kb/s，则 output 的长度应该至少是 1 + 17 = 18 字节。
调用 amr_wb_encoder_get_context_size() 可获取临时内存 scratch 所需大小。
需要切换模式时，调用 amr_wb_encoder_encode_frame2，先切换模式，再编码。
下面的代码演示了如何编码一整段数据。
void *context = malloc(amr_wb_encoder_get_context_size());
void *scratch = malloc(amr_wb_encoder_get_scratch_mem_size());
static uint8_t output[模式所对应的载荷长度 + 1];
const uint16_t *in = ... // 音频采样
const int NUM_OF_SAMPLES = .... // 总采样数
struct amr_wb_encoder *enc =
amr_wb_encoder_init(AMR_WB_BIT_STREAM_FORMAT_MIME_IETF,
0, 模式, context);
for (i = 0;
i < NUM_OF_SAMPLES - AMR_WB_PCM_FRAME_16k;
i += AMR_WB_PCM_FRAME_16k)
{
int r = amr_wb_encoder_encode_frame(
enc, in + i, output, scratch);
// 处理 pcm_output
....
}
7.1.2 解码
初始化
使用 amr_wb_decoder_init 初始化解码器对象：
struct amr_wb_decoder *amr_wb_decoder_init(
int bit_stream_format, // 比特流格式
void *buf); // 用于存放上下文的内存
调用 amr_wb_decoder_get_context_size() 可获取 buf 所需大小。
比特流格式仅支持
AMR_WB_BIT_STREAM_FORMAT_MIME_IETF。
解码帧头
使用 amr_wb_decoder_probe 解码帧头，获得音频帧基本参数：
int amr_wb_decoder_probe(
struct amr_wb_decoder *ctx, // 解码器对象
const uint8_t *stream); // 音频流
音频流 stream 应该指向一个音频帧的帧头。这个函数将返回这个音频帧的载荷的长度。
如果出现错误，将返回负值错误码。
解码载荷
使用 amr_wb_decoder_decode_frame 解码载荷：
int amr_wb_decoder_decode_frame(
struct amr_wb_decoder *ctx, // 解码器对象
const uint8_t *payload, // 音频帧载荷
int16_t *synth_pcm, // PCM 输出
void *scratch); // 临时内存
这个函数返回输出的 PCM 采样的个数，即 AMR_WB_PCM_FRAME_16k，
synth_pcm 的长度也应为 AMR_WB_PCM_FRAME_16k。
调用 amr_wb_decoder_get_scratch_mem_size() 可获取临时内存 scratch 所需大小。
下面的代码演示了如何解码一段数据。
static uint8_t pcm_output[AMR_WB_PCM_FRAME_16k];
const uint8_t *in = ...; // 音频数据
int data_size = ...; // 音频数据总长度
void *context = malloc(amr_wb_decoder_get_context_size());
void *scratch = malloc(amr_wb_decoder_get_scratch_mem_size());
struct amr_wb_decoder *dec = amr_wb_decoder_init(
AMR_WB_BIT_STREAM_FORMAT_MIME_IETF, context);
const int header_size = amr_wb_get_frame_header_size(
AMR_WB_BIT_STREAM_FORMAT_MIME_IETF);
while (data_size > header_size)
{
int payload_len = amr_wb_decoder_probe(dec, in);
in += header_size;
data_size -= header_size;
if (payload_len > data_size) break;
if (payload_len < 0) break;
int r = amr_wb_decoder_decode_frame(
dec, in, pcm_output, scratch);
in += payload_len;
data_size -= payload_len;
// 处理 pcm_output
....
}
7.2 资源消耗
以下数据仅供参考。实际表现受编译器、Cache、RTOS、中断、音频数据等因素影响。
7.2.1 ING916XX
表 7.3: AMR-WB 编解码器的内存需求
功能
context（字节）
scratch（字节）
编码
2788
11898
解码
1552
3826
当 CPU 主频为 112 MHz 时，AMR-WB 编解码器的处理一个音频帧所消耗的时间见表 7.4。
从表中可以看出，需要进行实时编码时，只能使用 6.6 kbps，不可使用更高速率。
表 7.4: AMR-WB 编解码器处理一个音频帧所消耗的平均时间
模式
编码 （ms）
解码 （ms）
0
16.7
7.9
1
20.0
6.6
2
22.2
5.9
3
23.9
5.9
4
23.9
6.0
5
24.6
6.1
6
25.6
6.2
7
25.3
6.2
8
24.8
6.6