实践!实现纯前端下的音频剪辑处理

前言

最近在做一个项目,需要对webRTC录制的音频进行处理,包括音频的裁剪、多音频合并,甚至要将某个音频的某一部分替换成另一个音频。

原本笔者打算将这件工作交给服务端去完成,但考虑,其实无论是前端还是后台,所做的工作是差不多的,而且交给服务端还需要再额外走一个上传、下载音频的流程,这不仅增添了服务端的压力,而且还有网络流量的开销,于是萌生出一个想法:为什么音频处理这件事不能让前端来做呢?

于是在笔者的半摸索半实践下,产生出了这篇文章。废话少说,先上仓库地址,这是一个开箱即用的前端音频剪辑sdk(点进去了不如就star一下吧)

ffmpeg

ffmpeg是实现前端音频处理的非常核心的模块,当然,不仅是前端,ffmpge作为一个提供了录制、转换以及流化音视频的业界成熟完整解决方案,它也应用在服务端、APP应用等多种场景下。关于ffmpeg的介绍,大家自行google即可,这里不说太多。

由于ffmpeg在处理过程中需要大量的计算,直接放在前端页面上去运行是不可能的,因为我们需要单独开个web worker,让它自己在worker里面运行,而不至于阻塞页面交互。

可喜的是,万能的github上已经有开发者提供了ffmpge.js,并且提供worker版本,可以拿来直接使用。

于是我们便有了大体的思路:当获取到音频文件后,将其解码后传送给worker,让其进行计算处理,并将处理结果以事件的方式返回,这样我们就可以对音频为所欲为了:)

开启美妙之旅前的必要工作

需要提前声明的是,由于笔者的项目需求,是仅需对.mp3格式进行处理的,因此下面的代码示例以及仓库地址里面所涉及的代码,也主要是针对mp3,当然,其实不管是哪种格式,思路是类似的。

创建worker

创建worker的方式非常简单,直接new之,注意的是,由于同源策略的限制,要使worker正常工作,则要与父页面同源,由于这不是重点,所以略过

function createWorker(workerPath: string) {
  const worker = new Worker(workerPath);
  return worker;
}

postMessage转promise

仔细看ffmpeg.js文档的童鞋都会发现,它在处理音频的不同阶段都会发射事件给父页面,比如stdoutstartdone等等,如果直接为这些事件添加回调函数,在回调函数里去区分、处理一个又一个音频的结果,是不大好维护的。个人更倾向于将其转成promise:

function pmToPromise(worker, postInfo) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    // 成功回调
    const successHandler = function(event) {
      switch (event.data.type) {
        case "stdout":
          console.log("worker stdout: ", event.data.data);
          break;

        case "start":
          console.log("worker receive your command and start to work:)");
          break;

        case "done":
          worker.removeEventListener("message", successHandler);
          resolve(event);
          break;

        default:
          break;
      }
    };
    
    // 异常捕获
    const failHandler = function(error) {
      worker.removeEventListener("error", failHandler);
      reject(error);
    };

    worker.addEventListener("message", successHandler);
    worker.addEventListener("error", failHandler);
    postInfo && worker.postMessage(postInfo);
  });
}

通过这层转换,我们就可以将一次postMessage请求,转换成了promise的方式来处理,更易于空间上的拓展

audio、blob与arrayBuffer的互相转换

ffmpeg-worker所需要的数据格式是arrayBuffer,而一般我们能直接使用的,要么是音频文件对象blob,或者音频元素对象audio,甚至有可能仅是一条链接url,因此这几种格式的转换是非常有必要的:

audio转arrayBuffer

function audioToBlob(audio) {
  const url = audio.src;
  if (url) {
    return axios({
      url,
      method: 'get',
      responseType: 'arraybuffer',
    }).then(res => res.data);
  } else {
    return Promise.resolve(null);
  }
}

笔者暂时想到的audio转blob的方式,就是发起一段ajax请求,将请求类型设置为arraybuffer,即可拿到arrayBuffer.

blob转arrayBuffer

这个也很简单,只需要借助FileReader将blob内容提取出来即可

function blobToArrayBuffer(blob) {
  return new Promise(resolve => {
    const fileReader = new FileReader();
    fileReader.onload = function() {
      resolve(fileReader.result);
    };
    fileReader.readAsArrayBuffer(blob);
  });
}

arrayBuffer转blob

利用File创建出一个blob

function audioBufferToBlob(arrayBuffer) {
  const file = new File([arrayBuffer], 'test.mp3', {
    type: 'audio/mp3',
  });
  return file;
}

blob转audio

blob转audio是非常简单的,js提供了一个原生API——URL.createObjectURL,借助它我们可以把blob转成本地可访问链接进行播放

function blobToAudio(blob) {
  const url = URL.createObjectURL(blob);
  return new Audio(url);
}

接下来我们进入正题。

音频裁剪——clip

所谓裁剪,即是指将给定的音频,按给定的起始、结束时间点,提取这部分的内容,形成新的音频,先上代码:

class Sdk {
  end = "end";

  // other code...

  /**
   * 将传入的一段音频blob,按照指定的时间位置进行裁剪
   * @param originBlob 待处理的音频
   * @param startSecond 开始裁剪时间点(秒)
   * @param endSecond 结束裁剪时间点(秒)
   */
  clip = async (originBlob, startSecond, endSecond) => {
    const ss = startSecond;
    // 获取需要裁剪的时长,若不传endSecond,则默认裁剪到末尾
    const d = isNumber(endSecond) ? endSecond - startSecond : this.end;
    // 将blob转换成可处理的arrayBuffer
    const originAb = await blobToArrayBuffer(originBlob);
    let resultArrBuf;

    // 获取发送给ffmpge-worker的指令,并发送给worker,等待其裁剪完成
    if (d === this.end) {
      resultArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, ss)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
    } else {
      resultArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, ss, d)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
    }

    // 将worker处理过后的arrayBuffer包装成blob,并返回
    return audioBufferToBlob(resultArrBuf);
  };
}

我们定义了该接口的三个参数:需要被剪裁的音频blob,以及裁剪的开始、结束时间点,值得注意的是这里的getClipCommand函数,它负责将传入的arrayBuffer、时间包装成ffmpeg-worker约定的数据格式

/**
 * 按ffmpeg文档要求,将带裁剪数据转换成指定格式
 * @param arrayBuffer 待处理的音频buffer
 * @param st 开始裁剪时间点(秒)
 * @param duration 裁剪时长
 */
function getClipCommand(arrayBuffer, st, duration) {
  return {
    type: "run",
    arguments: `-ss ${st} -i input.mp3 ${
      duration ? `-t ${duration} ` : ""
    }-acodec copy output.mp3`.split(" "),
    MEMFS: [
      {
        data: new Uint8Array(arrayBuffer),
        name: "input.mp3"
      }
    ]
  };
}

多音频合成——concat

多音频合成很好理解,即将多个音频按数组先后顺序合并成一个音频

class Sdk {
  // other code...

  /**
   * 将传入的一段音频blob,按照指定的时间位置进行裁剪
   * @param blobs 待处理的音频blob数组
   */
  concat = async blobs => {
    const arrBufs = [];
  
    for (let i = 0; i < blobs.length; i++) {
      arrBufs.push(await blobToArrayBuffer(blobs[i]));
    }
  
    const result = await pmToPromise(
      this.worker,
      await getCombineCommand(arrBufs),
    );
    return audioBufferToBlob(result.data.data.MEMFS[0].data);
  };
}

上述代码中,我们是通过for循环来将数组里的blob一个个解码成arrayBuffer,可能有童鞋会好奇:为什么不直接使用数组自带的forEach方法去遍历呢?写for循环未免麻烦了点。其实是有原因的:我们在循环体里使用了await,是期望这些blob一个个解码完成后,才执行后面的代码,for循环是同步执行的,但forEach的每个循环体是分别异步执行的,我们无法通过await的方式等待它们全部执行完成,因此使用forEach并不符合我们的预期。

同样,getCombineCommand函数的职责与上述getClipCommand类似:

async function getCombineCommand(arrayBuffers) {
  // 将arrayBuffers分别转成ffmpeg-worker指定的数据格式
  const files = arrayBuffers.map((arrayBuffer, index) => ({
    data: new Uint8Array(arrayBuffer),
    name: `input${index}.mp3`,
  }));
  
  // 创建一个txt文本,用于告诉ffmpeg我们所需进行合并的音频文件有哪些(类似这些文件的一个映射表)
  const txtContent = [files.map(f => `file '${f.name}'`).join('\n')];
  const txtBlob = new Blob(txtContent, { type: 'text/txt' });
  const fileArrayBuffer = await blobToArrayBuffer(txtBlob);

  // 将txt文件也一并推入到即将发送给ffmpeg-worker的文件列表中
  files.push({
    data: new Uint8Array(fileArrayBuffer),
    name: 'filelist.txt',
  });

  return {
    type: 'run',
    arguments: `-f concat -i filelist.txt -c copy output.mp3`.split(' '),
    MEMFS: files,
  };
}

在上面代码中,与裁剪操作不同的是,被操作的音频对象不止一个,而是多个,因此需要创建一个“映射表”去告诉ffmpeg-worker一共需要合并哪些音频以及它们的合并顺序。

音频裁剪替换——splice

它有点类似clip的升级版,我们从指定的位置删除音频A,并在此处插入音频B:

class Sdk {
  end = "end";
  // other code...

  /**
   * 将一段音频blob,按指定的位置替换成另一端音频
   * @param originBlob 待处理的音频blob
   * @param startSecond 起始时间点(秒)
   * @param endSecond 结束时间点(秒)
   * @param insertBlob 被替换的音频blob
   */
  splice = async (originBlob, startSecond, endSecond, insertBlob) => {
    const ss = startSecond;
    const es = isNumber(endSecond) ? endSecond : this.end;

    // 若insertBlob不存在,则仅删除音频的指定内容
    insertBlob = insertBlob
      ? insertBlob
      : endSecond && !isNumber(endSecond)
      ? endSecond
      : null;

    const originAb = await blobToArrayBuffer(originBlob);
    let leftSideArrBuf, rightSideArrBuf;

    // 将音频先按指定位置裁剪分割
    if (ss === 0 && es === this.end) {
      // 裁剪全部
      return null;
    } else if (ss === 0) {
      // 从头开始裁剪
      rightSideArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, es)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
    } else if (ss !== 0 && es === this.end) {
      // 裁剪至尾部
      leftSideArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, 0, ss)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
    } else {
      // 局部裁剪
      leftSideArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, 0, ss)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
      rightSideArrBuf = (await pmToPromise(
        this.worker,
        getClipCommand(originAb, es)
      )).data.data.MEMFS[0].data;
    }

    // 将多个音频重新合并
    const arrBufs = [];
    leftSideArrBuf && arrBufs.push(leftSideArrBuf);
    insertBlob && arrBufs.push(await blobToArrayBuffer(insertBlob));
    rightSideArrBuf && arrBufs.push(rightSideArrBuf);

    const combindResult = await pmToPromise(
      this.worker,
      await getCombineCommand(arrBufs)
    );

    return audioBufferToBlob(combindResult.data.data.MEMFS[0].data);
  };
}

上述代码有点类似clipconcat的复合使用。

到这里,就基本实现了我们的需求,仅需借助worker,前端自己也能处理音频,岂不美哉?

上述这些代码只是为了更好的说明讲解,所以做了些简化,有兴趣的童鞋可直接源码,欢迎交流、拍砖:)

阅读 658发布于 10月7日
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