обработка файла audio wav с помощью C

Я работаю над обработкой амплитуды wav-файла и масштабированием его на некоторый десятичный коэффициент. Я пытаюсь понять, как читать и переписывать файл эффективным для памяти способом, а также пытаюсь разобраться с нюансами языка (я новичок в C). Файл может быть в 8-или 16-разрядном формате. То, как я думал об этом, - это первое чтение данные заголовка в некоторую предопределенную структуру, а затем обработку фактических данных в цикле, где я буду читать кусок данных в буфер, сделать все необходимое для него, а затем записать его на выход.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


typedef struct header 
{
    char chunk_id[4];
    int chunk_size;
    char format[4];
    char subchunk1_id[4];
    int subchunk1_size;
    short int audio_format;
    short int num_channels;
    int sample_rate;
    int byte_rate;
    short int block_align;
    short int bits_per_sample;
    short int extra_param_size;
    char subchunk2_id[4];
    int subchunk2_size;
} header;

typedef struct header* header_p;

void scale_wav_file(char * input, float factor, int is_8bit)
{
    FILE * infile = fopen(input, "rb");
    FILE * outfile = fopen("outfile.wav", "wb");

    int BUFSIZE = 4000, i, MAX_8BIT_AMP = 255, MAX_16BIT_AMP = 32678;

    // used for processing 8-bit file
    unsigned char inbuff8[BUFSIZE], outbuff8[BUFSIZE];

    // used for processing 16-bit file
    short int inbuff16[BUFSIZE], outbuff16[BUFSIZE];

    // header_p points to a header struct that contains the file's metadata fields
    header_p meta = (header_p)malloc(sizeof(header));

    if (infile)
    {

        // read and write header data
        fread(meta, 1, sizeof(header), infile);
        fwrite(meta, 1, sizeof(meta), outfile);

        while (!feof(infile))
        {
            if (is_8bit)
            {
                fread(inbuff8, 1, BUFSIZE, infile);   
            } else {
                fread(inbuff16, 1, BUFSIZE, infile);      
            }

            // scale amplitude for 8/16 bits
            for (i=0; i < BUFSIZE; ++i)
            {
                if (is_8bit)
                {
                    outbuff8[i] = factor * inbuff8[i];
                    if ((int)outbuff8[i] > MAX_8BIT_AMP)
                    {
                        outbuff8[i] = MAX_8BIT_AMP;
                    }
                } else {
                    outbuff16[i] = factor * inbuff16[i];
                    if ((int)outbuff16[i] > MAX_16BIT_AMP)
                    {
                        outbuff16[i] = MAX_16BIT_AMP;
                    } else if ((int)outbuff16[i] < -MAX_16BIT_AMP) {
                        outbuff16[i] = -MAX_16BIT_AMP;
                    }
                }
            }

            // write to output file for 8/16 bit
            if (is_8bit)
            {
                fwrite(outbuff8, 1, BUFSIZE, outfile);
            } else {
                fwrite(outbuff16, 1, BUFSIZE, outfile);
            }
        }
    }

    // cleanup
    if (infile) { fclose(infile); }
    if (outfile) { fclose(outfile); }
    if (meta) { free(meta); }
}

int main (int argc, char const *argv[])
{
    char infile[] = "file.wav";
    float factor = 0.5;
    scale_wav_file(infile, factor, 0);
    return 0;
}

Я получаю разные размеры файлов в конце (на 1k или около того, для файла 40Mb), и я подозреваю, что это связано с тем, что я пишу весь буфер на выход, даже если файл, возможно, завершился до заполнения всего размера буфера. Кроме того, выходной файл испорчен - не будет воспроизводиться или открываться, поэтому я, вероятно, делаю все неправильно. Любые советы о том, где я ошибаюсь будет большой. Спасибо!

5 ответов


1 Вы читаете байты вместо 16-битных образцов в этой ветке else:

while (!feof(infile))
    {
        if (is_8bit)
        {
            fread(inbuff8, 1, BUFSIZE, infile);   
        } else {
            fread(inbuff16, 1, BUFSIZE, infile); // <-- should be BUFSIZE*2     
        }

2 вы не насыщаете значения при масштабировании, например, исходный 16-битный образец = 32000 и factor = 1.5 будет обертывать целое значение вместо того, чтобы зажимать его до максимума 32767.

3 вы вообще не смотрите на рифф и другие заголовки. В WAV-файлах возможно, что за звуковыми данными следуют некоторые информационные колонтитулы или предшествующие дополнительные заголовки. Или другими словами: Ваш header struct-это слишком статично. Вы также должны прочитать формат WAV из файла вместо того, чтобы иметь параметр, говорящий, что это 8-битные образцы.

4 этого просто не произойдет:

                outbuff16[i] = factor * inbuff16[i];
                if ((int)outbuff16[i] > MAX_16BIT_AMP)

8-битные / 16-битные значения никогда не будут больше 255/32768, за исключением случаев, когда ваш компьютер вставляет некоторые магические биты в память при переполнении целых чисел: P

и образцы аудио подписаны, поэтому диапазоны -128;127 и -32768;32767. Проверка переполнения должна происходить в выражении умножения. Вы также делаете предположения о режиме округления с плавающей запятой до целого числа, который настраивается и должен рассматриваться. Что-то вроде if(roundf(factor * inbuff16[i]) > 32767 || roundf(factor * inbuff16[i]) < -32768) - возможно.

5 вы не храните результат fread, поэтому вы напишете слишком много образцов в выходной файл.

6 и в качестве последнего пункта, вы изобретаете колесо. Пока это для учиться-это нормально. В противном случае следует использовать существующие библиотеки.


это гораздо лучше использовать библиотеки для чтения и записи звуковых файлов. Е. Г. libsndfile. На этой веб-странице есть список "других подобных проектов", на которые вы также можете посмотреть. The sndfile-tools может быть хорошим примером кода, чтобы узнать, как использовать библиотеку.


Я бы рекомендовал посмотреть исходный файл и выходной файл в шестнадцатеричном редакторе, чтобы увидеть, правильно ли вы переписываете данные. Если полученный файл не будет воспроизводиться или открываться, скорее всего, заголовок выходного файла неверен.

другой вариант-удалить логику обработки звука и просто прочитать исходный файл во внутренний буфер и записать его в файл. Если ваш код может генерировать допустимый, рабочий выходной файл таким образом, вы можете сузить проблема с вашим кодом обработки.

вы также можете начать с меньшего файла, чем 40Mb. Если ничего другого, сделайте копию этого входного файла и сократите его до нескольких секунд звука. Файл меньшего размера будет легче проверить.

Edit: звонки fread() и fwrite() необходимо проверить их возвращаемые значения. Эти функции возвращают количество элементов, прочитанных или записанных, и если вызов любой функции возвращает значение меньше, чем ожидалось, это может быть источником разницы в размере файла.

кроме того, второй параметр fread в байт. Поэтому, если вы хотите прочитать-заполните весь буфер, вам нужно будет сказать что-то вроде fread(inbuff16, sizeof(inbuff16[0]), BUFSIZE, infile);. Текущий код будет считываться только в BUFSIZE bytes (который работает для 8-битного случая по совпадению, но я бы рекомендовал изменить его тоже для ясности).


эта следующая строка также не нужна для чтения заголовков WAV (делает заголовок длиной 48 байт вместо "стандартного" 44):

short int extra_param_size;

Если возможно, вы можете посмотреть на другой язык, чем C, если он не предназначен специально для приложения C.

  • например, python имеет хороший WAV-пакет, который легко читает и записывает wav-файлы.
  • для более профессионального или академического использования первым шагом является MATLAB, который также очень легко читает wav-файлы (непосредственно в векторы, которые затем работают как одиночные выражения).