通過本文你可以學到以下知識：

• 如何實現一個Android MP3轉碼庫
• 一些和音頻轉碼相關的基礎知識
• 如何使用NDK將c/c++項目移植到Android端，并使用Java調用c/c++代碼
• 如何使用CMake構建NDK項目
• 如何生成不同CPU架構所需的動態鏈接庫

工具簡介

Lame

LAME 是最好的MP3編碼器，速度快，效果好，特別是中高碼率和VBR編碼方面。

NDK

原生開發工具包，即幫助開發原生代碼的一系列工具，包括但不限于編譯工具、一些公共庫、開發IDE等。它提供了完整的一套將 c/c++ 代碼編譯成靜態/動態庫的工具，而 Android.mk 和 Application.mk 你可以認為是描述編譯參數和一些配置的文件。比如指定使用c++11還是c++14編譯，會引用哪些共享庫，并描述關系等，還會指定編譯的abi。只有有了這些 NDK 中的編譯工具才能準確的編譯 c/c++ 代碼。

CMake簡介

CMake是一個跨平臺的編譯工具，它并不會直接編譯出對象，而是根據自定義的語言規則（CMakeLists.txt）生成 對應 makefile 或 project 文件，然后再調用底層的編譯。Android Studio 2.2以后開始支持CMake，所以現在我們有2種方式來編譯c/c++ 代碼。一個是 ndk-build + Android.mk + Application.mk 組合，另一個是 CMake + CMakeLists.txt 組合，它們都不會影響我們的android代碼和c/c++代碼，只是構建方式和結構不同。

CMake相對傳統ndk-build的優點在于：無需手動生成Java的頭文件、相對于mk文件配置更簡單、可以自動生成對應abi的*.so動態鏈接庫、支持設置斷點調試（我認為這是最方便的地方）、可以引用其他已經生成的so庫。

準備工作

1. 在Android Studio 上安裝好NDK和CMake，網上教程很多這里就不在贅述。
2. 下載Lame源碼。

項目結構

通過這張項目結構可以先幫助我們更形象整體的理解CMake構建NDK的方式。

這里寫圖片描述

Lame源碼移植

1. 首先在src/main/目錄下新建一個cpp文件夾，我們可以將Lame源碼中libmp3lame拷貝到cpp文件夾下，當然這里我們也可以重命名，例如我命名為lamemp3（以下介紹我將沿用此名）。
2. 將Lame源碼中的include文件夾下的lame.h復制到lamemp3文件夾中。
3. 剔除lamemp3中不必要的文件和目錄，只保留.c和.h文件，因為其他文件大多都是批處理文件，對于Android不是必需的。
4. 修改util.h的源碼。在570行找到ieee754_float32_t數據類型，將其修改為float類型，因為ieee754_float32_t是Linux或者是Unix下支持的數據類型，在Android下并不支持。
5. set_get.h中24行將include <lame.h>改為include "lame.h"。
6. 在id3tag.c和machine.h兩個文件里，將HAVE_STRCHR和HAVE_MEMCPY的ifdef結構體注釋掉，不然編譯會報錯。

#ifdef STDC_HEADERS
# include <stdlib.h>
# include <string.h>
#else
/*
# ifndef HAVE_STRCHR
#  define strchr index
#  define strrchr rindex
# endif
*/
char   *strchr(), *strrchr();
/*
# ifndef HAVE_MEMCPY
#  define memcpy(d, s, n) bcopy ((s), (d), (n))
#  define memmove(d, s, n) bcopy ((s), (d), (n))
# endif
*/
#endif

CMakeLists編寫

在src中新建一個名為CMakeLists.txt的文件（注意，這里的CMakeLists.txt不一定非要放到這里，只要它的位置和build.gradle文件的配置相對應就行）。

我們看下CMakeLists.txt的內容，這里我把注釋已經寫得很詳細了，大家看下就很明白了：

# 指定CMake最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# 定義常量
set(SRC_DIR main/cpp/lamemp3)

# 指定關聯的頭文件目錄
include_directories(main/cpp/lamemp3)

# 查找在某個路徑下的所有源文件
aux_source_directory(main/cpp/lamemp3 SRC_LIST)

# 設置 *.so 文件輸出路徑，要放在在add_library之前，不然不會起作用
set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/jniLibs/${ANDROID_ABI})

# 聲明庫名稱、類型、源碼文件
add_library(lame-mp3-utils SHARED main/cpp/lame-mp3-utils.cpp ${SRC_LIST})

# 定位某個NDK庫，這里定位的是log庫
find_library( # Sets the name of the path variable.
              log-lib

              # Specifies the name of the NDK library that
              # you want CMake to locate.
              log )

# 將NDK庫鏈接到native庫中，這樣native庫才能調用NDK庫中的函數
target_link_libraries( # Specifies the target library.
                       lame-mp3-utils

                       # Links the target library to the log library
                       # included in the NDK.
                       ${log-lib} )

build.gradle配置

android {
    ......
    defaultConfig {
        ......
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
                abiFilters 'armeabi-v7a','arm64-v8a','mips','mips64','x86','x86_64' //要支持的abi
            }
        }
    }
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "src/CMakeLists.txt"http://配置文件路徑
        }
    }
}

編寫Java native方法

這里我在代碼中注釋已經寫得非常詳細了，關于一些參數我會在下面做更詳細的解釋。

public class Mp3Converter {

    static  {
        System.loadLibrary("lame-mp3-utils");
    }

    /**
     * init lame
     * @param inSampleRate
     *              input sample rate in Hz
     * @param channel
     *              number of channels
     * @param mode
     *              0 = CBR, 1 = VBR, 2 = ABR.  default = 0
     * @param outSampleRate
     *              output sample rate in Hz
     * @param outBitRate
     *              rate compression ratio in KHz
     * @param quality
     *              quality=0..9. 0=best (very slow). 9=worst.<br />
     *              recommended:<br />
     *              2 near-best quality, not too slow<br />
     *              5 good quality, fast<br />
     *              7 ok quality, really fast
     */
    public native static void init(int inSampleRate, int channel, int mode,
                                   int outSampleRate, int outBitRate, int quality);


    /**
     * file convert to mp3
     * it may cost a lot of time and better put it in a thread
     * @param input
     *          file path to be converted
     * @param mp3
     *          mp3 output file path
     */
    public native  static void convertMp3(String input, String mp3);


    /**
     * get converted bytes in inputBuffer
     * @return
     *          converted bytes in inputBuffer
     *          to ignore the deviation of the file size,when return to -1 represents convert complete
     */
    public native static long getConvertBytes();

    /**
     * get library lame version
     * @return
     */
    public native static String getLameVersion();

}

編寫調用C/C++的cpp

先看一個上面Java文件中native init(args...) 方法在這里是如何實現的：

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_jaygoo_library_converter_Mp3Converter_init(JNIEnv *env, jclass type, jint inSampleRate,
                                               jint channel, jint mode, jint outSampleRate,
                                               jint outBitRate, jint quality) {
    lameInit(inSampleRate, channel, mode, outSampleRate, outBitRate, quality);
}

• extern "C"因為我們寫的是cpp是c++文件，所以當我們調用一些c文件的方法時需要加上extern "C"，不然會提示找不到方法。
• Java_jaygoo_library_converter_Mp3Converter_init這里方法名是和Java文件中的native方法一一對應的，這樣才能讓native方法找到對應的cpp方法。格式是：Java_包名_類名_方法名，這里包名的.用_代替，所以我們native的方法名命名盡量不要包含_，但如果真的包含了，那么在cpp文件中用1代替Java native 中的_。
• JNIEXPORT void JNICALL是固定的格式，也是輔助native方法找到對應的cpp方法。
• JNIEnv *envJNIEnv是指向JNINativeInterface結構的指針，當我們需要調用JNI方法時，都需要通過這個指針才能進行調用。

其實我們還可以通過Android Studio來自動生成這些方法和參數，在Android Studio中點擊native方法名，快捷鍵alt+enter即可自動生成了。

看到這里，大家基本對如何編寫cpp代碼有一定的了解，接下來我來介紹下lame-mp3-utils.cpp的實現，由于篇幅有限，就不全上代碼了，這里介紹幾個比較關鍵的方法。

init

這里主要是對Lame進行一些初始化，主要的參數包括：

1. inSampleRate 要轉換的音頻文件采樣率
2. mode 音頻編碼模式，包括VBR、ABR、CBR
3. outSampleRate 轉換后音頻文件采樣率
4. outBitRate 輸出的碼率
5. quality 壓縮質量（具體數值上面注釋已經寫的很清楚了）

這里的代碼沒什么可看的，主要是調用一些lame自帶的方法設置一些配置參數，最后調用lame_init_params(lame)完成初始化，這里我對上面幾個參數出現的名詞做下解釋：

• 采樣率每秒從連續信號中提取并組成離散信號的采樣個數，單位Hz。數值越高，音質越好，常見的如8000Hz、11025Hz、22050Hz、32000Hz、44100Hz等。
• 碼率又稱比特率是指每秒傳送的比特(bit)數，單位kbps，越高音質越好（相同編碼格式下）。
• CBR常數比特率編碼，碼率固定，速度較快，但壓縮的文件相比其他模式較大，音質也不會有很大提高，適用于流式播放方案，lame默認的方案是這種。
• VBR動態比特率編碼，碼率不固定。適用于下載后在本地播放或者在讀取速度有限的設備播放，體積和為CBR的一半左右，但是輸出碼率不可控
• ABR平均比特率編碼，是Lame針對CBR不佳的文件體積比和VBR生成文件大小不定的特點獨創的編碼模式。是一種折中方案，碼率基本可控，但是好像用的不多。

convertMp3(jstring jInputPath, jstring jMp3Path)

首先我們要將jstring轉換為c++中的char*后才可以使用，我們可以通過JNI提供的GetStringUTFChars方法完成轉換：

const char* cInput = env->GetStringUTFChars(jInputPath, 0);
const char* cMp3 = env->GetStringUTFChars(jMp3Path, 0);

然后我們通過fopen來打開需要操作的文件，用rb來讀取輸入文件，用wb來寫轉換后的文件。

 FILE* fInput = fopen(cInputPath,"rb");
 FILE* fMp3 = fopen(cMp3Path,"wb");

接下來我們申請兩個buffer來緩存文件數據，我們邊讀邊轉換，然后再將轉換后的數據寫入文件。由于Lame的要求，這里的buffer數據必須要不小于7200，下面是具體的轉換代碼：

 //convert to mp3
    do{
        //這里將輸入文件內容讀取到inputBuffer中，當全部讀取會返回0
        read = static_cast<int>(fread(inputBuffer, sizeof(short int) * 2, 8192, fInput));
        //這里用于計算讀取的原文件的byte數，可以用于計算轉換的進度
        total +=  read * sizeof(short int)*2;
        nowConvertBytes = total;
        if(read != 0){
            //這里用lame將inputBuffer轉換為MP3格式的數據放入mp3Buffer中
            write = lame_encode_buffer_interleaved(lame, inputBuffer, read, mp3Buffer, BUFFER_SIZE);
            //將轉換好的mp3Buffer的數據寫入文件
            fwrite(mp3Buffer, sizeof(unsigned char), static_cast<size_t>(write), fMp3);
        }
        //最后全部讀取完成后及時flush
        if(read == 0){
            lame_encode_flush(lame,mp3Buffer, BUFFER_SIZE);
        }
    }while(read != 0);

最后記得轉換后釋放資源：

    resetLame();
    fclose(fInput);
    fclose(fMp3);
    env->ReleaseStringUTFChars(jInputPath, cInput);
    env->ReleaseStringUTFChars(jMp3Path, cMp3);

生成不同ABI下的so庫

為了支持不同的設備，我們需要根據不同的ABI生成不同的so庫來調用，我們可以通過Android Studio的Make來調用CMakeList.txt腳本生成支持各種ABI版本的so庫。文件輸出路徑可以通過配置CMakeList.txt來修改：

set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/jniLibs/${ANDROID_ABI})

其中PROJECT_SOURCE_DIR是指腳本所在目錄，ANDROID_ABI是指在build.gradle中配置的abiFilters。

ABI擴展知識

ABI（Application binary interface）應用程序二進制接口。不同的CPU 與指令集的每種組合都有定義的 ABI (應用程序二進制接口)，一段程序只有遵循這個接口規范才能在該 CPU 上運行，所以同樣的程序代碼為了兼容多個不同的CPU，需要為不同的 ABI 構建不同的庫文件。當然對于CPU來說，不同的架構并不意味著一定互不兼容。

• armeabi設備只兼容armeabi
• armeabi-v7a設備兼容armeabi-v7a、armeabi
• arm64-v8a設備兼容arm64-v8a、armeabi-v7a、armeabi
• x86設備兼容X86、armeabi
• mips64設備兼容mips64、mips
• mips只兼容mips；

GitHub

https://github.com/Jay-Goo/Mp3Converter

參考文獻

https://blog.csdn.net/allen315410/article/details/42456661
http://www.lxweimin.com/p/6332418b12b1