C++读取wav文件中的PCM数据

前言

wav文件通常会使用PCM格式数据存储音频，这种格式的数据读取出来直接就可以播放，要在wav文件中读取数据，我们首先要获取头部信息，wav的文件结构里面分为多个chunk，我们要做的就是识别这些chunk的信息，获取音频的格式以及数据。

一、如何实现？

首先需要构造wav头部，wav文件音频信息全部保存在头部，我们要做的就是读取wav头部信息，并且记录PCM的相关参数。

1.定义头结构

只定义PCM格式的wav文件头，对于PCM格式的数据只需要下面3个结构体即可。

struct WaveRIFF;
struct WaveFormat;
struct WaveData;

2.读取头部信息

打开文件后需要读取头部信息，需要获取声音的格式以及数据长度。

WaveRIFF riff;
WaveFormat format;
WaveData data;
int userDataSize;
f= fopen(fileName.c_str(), "rb+");
//读取头部信息
fread(&riff, 1, sizeof(riff), f);
fread(&format, 1, sizeof(format),f);
//判读头部信息是否正确
//略
//查找data chunk
//略
//记录数据起始位置

3.读取数据

获取头部信息后，就知道数据在位置及长度了，只需要直接读文件即可。

//跳到数据起始位置
seek(f, _dataOffset, SEEK_SET);

//读取数据
fread(buf, 1, bufLength, f);

二、完整代码

完整代码总用有3部分，头结构、WavFileReader.h、WavFileReader.cpp。

1.头结构

#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文件读取工具
* 本版本只支持pcm读取，且未处理字节顺序。    riff文件是小端，通常在intel的设备上是没问题的，在java虚拟机上则需要处理。
* @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文件读取对象
    /// </summary>
    class WavFileReader {
    public:
        /// <summary>
        /// 构造方法
        /// </summary>
        WavFileReader();
        /// <summary>
        /// 析构方法
        /// </summary>
        ~WavFileReader();
        /// <summary>
        /// 打开wav文件
        /// </summary>
        /// <param name="fileName">文件名</param>
        /// <returns>是否打开成功</returns>
        bool OpenWavFile(const std::string& fileName);
        /// <summary>
        /// 关闭文件
        /// </summary>
        void CloseFlie();
        /// <summary>
        /// 读取音频数据
        /// </summary>
        /// <param name="buf">外部缓存</param>
        /// <param name="bufLength">缓存长度</param>
        /// <returns>读取长度</returns>
        int ReadData(unsigned char* buf, int bufLength);
        /// <summary>
        /// 设置读取位置
        /// </summary>
        /// <param name="position"> 读取位置</param>
        void SetPosition(int position);
        /// <summary>
        /// 获取读取位置
        /// </summary>
        /// <returns>读取位置</returns>
        int GetPosition();
        /// <summary>
        /// 获取文件长度
        /// </summary>
        /// <returns>文件长度</returns>
        int GetFileLength();
        /// <summary>
        /// 获取音频数据长度
        /// </summary>
        /// <returns>音频数据长度</returns>
        int GetDataLength();
        /// <summary>
        /// 获取声道数
        /// </summary>
        /// <returns>声道数</returns>
        int GetChannels();
        /// <summary>
        /// 获取采样率
        /// </summary>
        /// <returns>采样率，单位：hz</returns>
        int GetSampleRate();
        /// <summary>
        /// 获取位深
        /// </summary>
        /// <returns>位深，单位：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("已经打开了文件!\n");
            return false;
        }
        WaveRIFF riff;
        WaveFormat format;
        WaveData data;
        int userDataSize;
        _file = fopen(fileName.c_str(), "rb+");
        if (!_file)
        {
            printf("打开文件失败!\n");
            return false;
        }
        //读取头部信息
        if (fread(&riff, 1, sizeof(riff), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(riff))
        {
            printf("文件读取错误，读取riff失败!\n");
            goto error;
        }
        if (std::string(riff.id, 4) != "RIFF" || std::string(riff.waveFlag, 4) != "WAVE")
        {
            printf("头部信息不正确，不是wav文件!\n");
            goto error;
        }
        if (fread(&format, 1, sizeof(format), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(format))
        {
            printf("文件读取错误，读取format失败!\n");
            goto error;
        }
        if (std::string(format.id, 4) != "fmt ")
        {
            printf("头部信息不正确，缺少fmt!\n");
            goto error;
        }
        if (format.formatTag != 1)
        {
            printf("程序不支持，数据格式非pcm，只支持pcm格式的数据!\n");
            goto error;
        }
        userDataSize = format.blockSize - sizeof(format) + 8;
        if (userDataSize < 0)
        {
            printf("头部信息不正确，blockSize大小异常!\n");
            goto error;
        }
        else if (userDataSize > 0)
        {
            if (fseek(static_cast<FILE*>(_file), userDataSize, SEEK_CUR) != 0)
            {
                printf("文件读取错误!\n");
                goto error;
            }
        }
        while (1)
        {
            if (fread(&data, 1, sizeof(data), static_cast<FILE*>(_file)) != sizeof(data))
            {
                printf("文件读取错误!\n");
                goto error;
            };
            if (std::string(data.id, 4) != "data")
            {
                if (fseek(static_cast<FILE*>(_file), data.dataLength, SEEK_CUR) != 0)
                {
                    printf("文件读取错误!\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("文件关闭失败!\n");
        }
        _file = nullptr;
        return false;
    }
    void WavFileReader::CloseFlie()
    {
        if (_file)
        {
            if (fclose(static_cast<FILE*>(_file)) == EOF)
            {
                printf("文件关闭失败!\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("定位失败!\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;
        //获取声音格式
        channels = read.GetChannels();
        sampleRate = read.GetSampleRate();
        bitsPerSample = read.GetBitsPerSample();
        //打开声音设备(channels,sampleRate,bitsPerSample)
        int size;
        do 
        {
            //读取音频数据
            size = read.ReadData(buf,1024);
            if (size > 0)
            {
                //播放(buf,1024)
            }
            
        } while (size);
        read.CloseFlie();
    }
    return 0;
}

2、循环播放

#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;
        //获取声音格式
        channels = read.GetChannels();
        sampleRate = read.GetSampleRate();
        bitsPerSample = read.GetBitsPerSample();
        //打开声音设备(channels,sampleRate,bitsPerSample)
        int size;
        while (!exitFlag)
        {
            //读取音频数据
            size = read.ReadData(buf, 1024);
            if (size > 0)
            {
                //播放(buf,1024)
            }
            else
            {   
                //回到数据起始位置
                read.SetPosition(0);        
            }
        } 
        read.CloseFlie();
    }
    return 0;
}

总结

以上就是今天要讲的内容，wav文件中读取PCM还是相对较简单的，只要了解wav头结构,然后自定义其头结构，读取头部信息，校验头部信息，然后再读取数据所在的chunk，就可以实现这样一个功能。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。