C++讀取wav文件中的PCM數據
前言
wav文件通常會使用PCM格式數據存儲音頻，這種格式的數據讀取出來直接就可以播放，要在wav文件中讀取數據，我們首先要獲取頭部信息，wav的文件結構裡面分為多個chunk，我們要做的就是識別這些chunk的信息，獲取音頻的格式以及數據。
一、如何實現？
首先需要構造wav頭部，wav文件音頻信息全部保存在頭部，我們要做的就是讀取wav頭部信息，並且記錄PCM的相關參數。
1.定義頭結構
隻定義PCM格式的wav文件頭，對於PCM格式的數據隻需要下面3個結構體即可。
struct WaveRIFF; struct WaveFormat; struct WaveData;
2.讀取頭部信息
打開文件後需要讀取頭部信息，需要獲取聲音的格式以及數據長度。
WaveRIFF riff; WaveFormat format; WaveData data; int userDataSize; f= fopen(fileName.c_str(), "rb+"); //讀取頭部信息 fread(&riff, 1, sizeof(riff), f); fread(&format, 1, sizeof(format),f); //判讀頭部信息是否正確 //略 //查找data chunk //略 //記錄數據起始位置
3.讀取數據
獲取頭部信息後，就知道數據在位置及長度瞭，隻需要直接讀文件即可。
//跳到數據起始位置 seek(f, _dataOffset, SEEK_SET);
//讀取數據 fread(buf, 1, bufLength, f);
二、完整代碼
完整代碼總用有3部分，頭結構、WavFileReader.h、WavFileReader.cpp。
1.頭結構
#pragma pack(push,1)
struct WaveRIFF {
const char id[4] = { 'R','I', 'F', 'F' };
uint32_t fileLength;
const char waveFlag[4] = { 'W','A', 'V', 'E' };
};
struct WaveFormat
{
const char id[4] = { 'f','m', 't', ' ' };
uint32_t blockSize = 16;
uint16_t formatTag;
uint16_t channels;
uint32_t samplesPerSec;
uint32_t avgBytesPerSec;
uint16_t blockAlign;
uint16_t bitsPerSample;
};
struct WaveData
{
const char id[4] = { 'd','a', 't', 'a' };
uint32_t dataLength;
};
#pragma pack(pop)
2.WavFileReader.h
#pragma once
#include<string>
/************************************************************************
* @Project: AC.WavFileWriter
* @Decription: wav文件讀取工具
* 本版本隻支持pcm讀取，且未處理字節順序。 riff文件是小端，通常在intel的設備上是沒問題的，在java虛擬機上則需要處理。
* @Verision: v1.0.0.0
* @Author: Xin Nie
* @Create: 2019/4/10 11:10:17
* @LastUpdate: 2019/4/16 10:45:00
************************************************************************
* Copyright @ 2019. All rights reserved.
************************************************************************/
namespace AC {
/// <summary>
/// wav文件讀取對象
/// </summary>
class WavFileReader {
public:
/// <summary>
/// 構造方法
/// </summary>
WavFileReader();
/// <summary>
/// 析構方法
/// </summary>
~WavFileReader();
/// <summary>
/// 打開wav文件
/// </summary>
/// <param name="fileName">文件名</param>
/// <returns>是否打開成功</returns>
bool OpenWavFile(const std::string& fileName);
/// <summary>
/// 關閉文件
/// </summary>
void CloseFlie();
/// <summary>
/// 讀取音頻數據
/// </summary>
/// <param name="buf">外部緩存</param>
/// <param name="bufLength">緩存長度</param>
/// <returns>讀取長度</returns>
int ReadData(unsigned char* buf, int bufLength);
/// <summary>
/// 設置讀取位置
/// </summary>
/// <param name="position"> 讀取位置</param>
void SetPosition(int position);
/// <summary>
/// 獲取讀取位置
/// </summary>
/// <returns>讀取位置</returns>
int GetPosition();
/// <summary>
/// 獲取文件長度
/// </summary>
/// <returns>文件長度</returns>
int GetFileLength();
/// <summary>
/// 獲取音頻數據長度
/// </summary>
/// <returns>音頻數據長度</returns>
int GetDataLength();
/// <summary>
/// 獲取聲道數
/// </summary>
/// <returns>聲道數</returns>
int GetChannels();
/// <summary>
/// 獲取采樣率
/// </summary>
/// <returns>采樣率，單位：hz</returns>
int GetSampleRate();
/// <summary>
/// 獲取位深
/// </summary>
/// <returns>位深，單位：bits</returns>
int GetBitsPerSample();
private:
void* _file = nullptr;
uint32_t _fileLength = 0;
uint32_t _dataLength = 0;
int _channels = 0;
int _sampleRate = 0;
int _bitsPerSample = 0;
int _dataOffset = 0;
};
}
3.WavFileReader.cpp
#include"WavFileReader.h"
namespace AC {
WavFileReader::WavFileReader()
{
}
WavFileReader::~WavFileReader()
{
CloseFlie();
}
bool WavFileReader::OpenWavFile(const std::string& fileName)
{
if (_file)
{
printf("已經打開瞭文件!\n");
return false;
}
WaveRIFF riff;
WaveFormat format;
WaveData data;
int userDataSize;
_file = fopen(fileName.c_str(), "rb+");
if (!_file)
{
printf("打開文件失敗!\n");
return false;
}
//讀取頭部信息
if (fread(&riff, 1, sizeof(riff), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(riff))
{
printf("文件讀取錯誤，讀取riff失敗!\n");
goto error;
}
if (std::string(riff.id, 4) != "RIFF" || std::string(riff.waveFlag, 4) != "WAVE")
{
printf("頭部信息不正確，不是wav文件!\n");
goto error;
}
if (fread(&format, 1, sizeof(format), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(format))
{
printf("文件讀取錯誤，讀取format失敗!\n");
goto error;
}
if (std::string(format.id, 4) != "fmt ")
{
printf("頭部信息不正確，缺少fmt!\n");
goto error;
}
if (format.formatTag != 1)
{
printf("程序不支持，數據格式非pcm，隻支持pcm格式的數據!\n");
goto error;
}
userDataSize = format.blockSize - sizeof(format) + 8;
if (userDataSize < 0)
{
printf("頭部信息不正確，blockSize大小異常!\n");
goto error;
}
else if (userDataSize > 0)
{
if (fseek(static_cast<FILE*>(_file), userDataSize, SEEK_CUR) != 0)
{
printf("文件讀取錯誤!\n");
goto error;
}
}
while (1)
{
if (fread(&data, 1, sizeof(data), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(data))
{
printf("文件讀取錯誤!\n");
goto error;
};
if (std::string(data.id, 4) != "data")
{
if (fseek(static_cast<FILE*>(_file), data.dataLength, SEEK_CUR) != 0)
{
printf("文件讀取錯誤!\n");
goto error;
}
continue;
}
break;
}
_dataOffset = ftell(static_cast<FILE*>(_file));
_fileLength = riff.fileLength+8;
_dataLength = data.dataLength;
_channels = format.channels;
_sampleRate = format.samplesPerSec;
_bitsPerSample = format.bitsPerSample;
return true;
error:
if (fclose(static_cast<FILE*>(_file)) == EOF)
{
printf("文件關閉失敗!\n");
}
_file = nullptr;
return false;
}
void WavFileReader::CloseFlie()
{
if (_file)
{
if (fclose(static_cast<FILE*>(_file)) == EOF)
{
printf("文件關閉失敗!\n");
}
_file = nullptr;
}
}
int WavFileReader::ReadData(unsigned char* buf, int bufLength)
{
if (ftell(static_cast<FILE*>(_file)) >= _dataOffset + _dataLength)
return 0;
return fread(buf, 1, bufLength, static_cast<FILE*>(_file));
}
void WavFileReader::SetPosition(int postion)
{
if (fseek(static_cast<FILE*>(_file), _dataOffset + postion, SEEK_SET) != 0)
{
printf("定位失敗!\n");
}
}
int WavFileReader::GetPosition()
{
return ftell(static_cast<FILE*>(_file)) - _dataOffset;
}
int WavFileReader::GetFileLength()
{
return _fileLength;
}
int WavFileReader::GetDataLength()
{
return _dataLength;
}
int WavFileReader::GetChannels()
{
return _channels;
}
int WavFileReader::GetSampleRate()
{
return _sampleRate;
}
int WavFileReader::GetBitsPerSample()
{
return _bitsPerSample;
}
}
三、使用示例
1、播放
#include "WavFileReader.h"
int main(int argc, char** argv) {
AC::WavFileReader read;
unsigned char buf[1024];
if (read.OpenWavFile("test_music.wav"))
{
int channels, sampleRate, bitsPerSample;
//獲取聲音格式
channels = read.GetChannels();
sampleRate = read.GetSampleRate();
bitsPerSample = read.GetBitsPerSample();
//打開聲音設備(channels,sampleRate,bitsPerSample)
int size;
do
{
//讀取音頻數據
size = read.ReadData(buf,1024);
if (size > 0)
{
//播放(buf,1024)
}
} while (size);
read.CloseFlie();
}
return 0;
}
2、循環播放
#include "WavFileReader.h"
int main(int argc, char** argv) {
AC::WavFileReader read;
unsigned char buf[1024];
bool exitFlag = false;
if (read.OpenWavFile("test_music.wav"))
{
int channels, sampleRate, bitsPerSample;
//獲取聲音格式
channels = read.GetChannels();
sampleRate = read.GetSampleRate();
bitsPerSample = read.GetBitsPerSample();
//打開聲音設備(channels,sampleRate,bitsPerSample)
int size;
while (!exitFlag)
{
//讀取音頻數據
size = read.ReadData(buf, 1024);
if (size > 0)
{
//播放(buf,1024)
}
else
{
//回到數據起始位置
read.SetPosition(0);
}
}
read.CloseFlie();
}
return 0;
}
總結
以上就是今天要講的內容，wav文件中讀取PCM還是相對較簡單的，隻要瞭解wav頭結構,然後自定義其頭結構，讀取頭部信息，校驗頭部信息，然後再讀取數據所在的chunk，就可以實現這樣一個功能。
以上就是本文的全部內容，希望對大傢的學習有所幫助，也希望大傢多多支持WalkonNet。