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c语言程序如何打开音频文件

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c语言程序如何打开音频文件

在C语言中打开音频文件的方法包括使用文件I/O操作、使用第三方库如SDL或PortAudio、理解音频文件格式、使用合适的编解码器等。其中，使用第三方库如SDL进行音频文件处理是最常见的方法之一，因为这些库提供了丰富的功能和易于使用的API。

一、理解音频文件格式

在处理音频文件之前，首先要理解音频文件的格式。常见的音频文件格式包括WAV、MP3、FLAC等。每种格式都有其特定的文件头和数据布局。WAV文件是最常见的无损音频格式，包含了文件头和音频数据。文件头部分包含了文件格式、音频格式、采样率、比特率、数据块大小等信息。

1、WAV文件格式

WAV文件通常由四个部分组成：RIFF标识符、文件大小、文件类型标识符和数据块。RIFF标识符是固定的"RIFF"字符串，用于标识文件类型。文件大小表示整个文件的大小减去8字节。文件类型标识符通常是"WAVE"字符串，表示文件类型是WAV文件。数据块包含了音频数据。

2、MP3文件格式

MP3文件是一种有损压缩的音频格式，使用MPEG-1或MPEG-2音频层III编码。MP3文件由多个帧组成，每个帧都有其头部和数据部分。头部包含了帧同步、版本、层、保护位、比特率、采样率、填充位、私有位、声道模式、扩展模式、拷贝位、原创位和强调位等信息。数据部分包含了实际的音频数据。

二、使用C语言的文件I/O操作

在C语言中，文件I/O操作是通过标准库函数进行的。常见的文件I/O函数包括fopen、fread、fwrite、fclose等。这些函数可以用于打开、读取、写入和关闭文件。

1、打开文件

使用fopen函数可以打开一个文件。fopen函数的第一个参数是文件名，第二个参数是文件打开模式，如"r"表示只读模式，"w"表示写入模式。

FILE *file = fopen("audio.wav", "rb");


if (!file) {


    perror("Failed to open file");


    return -1;


}

2、读取文件

使用fread函数可以从文件中读取数据。fread函数的第一个参数是存储数据的缓冲区，第二个参数是每个数据块的大小，第三个参数是数据块的数量，第四个参数是文件指针。

char buffer[44];


size_t bytesRead = fread(buffer, 1, 44, file);


if (bytesRead != 44) {


    perror("Failed to read file header");


    return -1;


}

3、关闭文件

使用fclose函数可以关闭一个文件。fclose函数的参数是文件指针。

fclose(file);

三、使用第三方库

虽然C语言的文件I/O操作可以处理简单的音频文件，但对于复杂的音频文件格式和处理需求，使用第三方库是更好的选择。常见的音频处理库包括SDL、PortAudio、libsndfile等。

1、SDL库

SDL（Simple DirectMedia Layer）是一个跨平台的多媒体库，可以用于音频、视频、输入设备等的开发。SDL提供了丰富的API，可以方便地进行音频文件的读取、播放和处理。

安装SDL库

在Linux系统上，可以使用包管理器安装SDL库：

sudo apt-get install libsdl2-dev

在Windows系统上，可以从SDL官方网站下载预编译的库文件，并将其添加到项目中。

初始化SDL库

在使用SDL库之前，需要先初始化库。使用SDL_Init函数可以初始化SDL库。SDL_Init函数的参数是需要初始化的子系统标志，如SDL_INIT_AUDIO表示初始化音频子系统。

if (SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO) < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to initialize SDL: %sn", SDL_GetError());


    return -1;


}

加载音频文件

SDL提供了SDL_LoadWAV函数可以加载WAV格式的音频文件。SDL_LoadWAV函数的第一个参数是文件名，第二个参数是用于存储音频规范信息的缓冲区，第三个参数是用于存储音频数据的缓冲区，第四个参数是用于存储音频数据大小的变量。

SDL_AudioSpec wavSpec;


Uint8 *wavBuffer;


Uint32 wavLength;


if (SDL_LoadWAV("audio.wav", &wavSpec, &wavBuffer, &wavLength) == NULL) {


    fprintf(stderr, "Failed to load WAV file: %sn", SDL_GetError());


    SDL_Quit();


    return -1;


}

播放音频文件

SDL提供了SDL_OpenAudioDevice函数可以打开一个音频设备，用于播放音频数据。SDL_OpenAudioDevice函数的第一个参数是设备名称，第二个参数是设备索引，第三个参数是音频规范信息，第四个参数是实际使用的音频规范信息，第五个参数是音频设备打开标志。

SDL_AudioDeviceID deviceId = SDL_OpenAudioDevice(NULL, 0, &wavSpec, NULL, 0);


if (deviceId == 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to open audio device: %sn", SDL_GetError());


    SDL_FreeWAV(wavBuffer);


    SDL_Quit();


    return -1;


}

使用SDL_QueueAudio函数可以将音频数据添加到音频设备的播放队列中。SDL_QueueAudio函数的第一个参数是音频设备ID，第二个参数是音频数据，第三个参数是音频数据大小。

if (SDL_QueueAudio(deviceId, wavBuffer, wavLength) < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to queue audio data: %sn", SDL_GetError());


    SDL_CloseAudioDevice(deviceId);


    SDL_FreeWAV(wavBuffer);


    SDL_Quit();


    return -1;


}

使用SDL_PauseAudioDevice函数可以开始播放音频数据。SDL_PauseAudioDevice函数的第一个参数是音频设备ID，第二个参数是暂停标志，0表示开始播放，1表示暂停播放。

SDL_PauseAudioDevice(deviceId, 0);

清理资源

在播放完音频数据后，需要释放资源。使用SDL_CloseAudioDevice函数可以关闭音频设备，使用SDL_FreeWAV函数可以释放音频数据缓冲区，使用SDL_Quit函数可以退出SDL库。

SDL_CloseAudioDevice(deviceId);


SDL_FreeWAV(wavBuffer);


SDL_Quit();

2、PortAudio库

PortAudio是一个跨平台的音频处理库，提供了简单易用的API，可以用于音频文件的读取、播放和处理。

安装PortAudio库

在Linux系统上，可以使用包管理器安装PortAudio库：

sudo apt-get install libportaudio2 libportaudio-dev

在Windows系统上，可以从PortAudio官方网站下载预编译的库文件，并将其添加到项目中。

初始化PortAudio库

在使用PortAudio库之前，需要先初始化库。使用Pa_Initialize函数可以初始化PortAudio库。Pa_Initialize函数没有参数。

PaError err = Pa_Initialize();


if (err != paNoError) {


    fprintf(stderr, "Failed to initialize PortAudio: %sn", Pa_GetErrorText(err));


    return -1;


}

加载音频文件

PortAudio库没有直接提供加载音频文件的函数，可以使用libsndfile库来加载音频文件。libsndfile库是一个跨平台的音频文件处理库，支持多种音频文件格式，如WAV、AIFF、FLAC等。

安装libsndfile库

在Linux系统上，可以使用包管理器安装libsndfile库：

sudo apt-get install libsndfile1 libsndfile-dev

在Windows系统上，可以从libsndfile官方网站下载预编译的库文件，并将其添加到项目中。

读取音频文件

使用sf_open函数可以打开一个音频文件。sf_open函数的第一个参数是文件名，第二个参数是文件打开模式，第三个参数是用于存储音频文件信息的结构体。

SF_INFO sfInfo;


SNDFILE *file = sf_open("audio.wav", SFM_READ, &sfInfo);


if (!file) {


    fprintf(stderr, "Failed to open audio file: %sn", sf_strerror(NULL));


    return -1;


}

使用sf_readf_float函数可以读取音频数据。sf_readf_float函数的第一个参数是文件指针，第二个参数是用于存储音频数据的缓冲区，第三个参数是读取的帧数。

float *buffer = (float *)malloc(sfInfo.frames * sfInfo.channels * sizeof(float));


if (!buffer) {


    fprintf(stderr, "Failed to allocate memory for audio datan");


    sf_close(file);


    return -1;


}


sf_count_t framesRead = sf_readf_float(file, buffer, sfInfo.frames);


if (framesRead != sfInfo.frames) {


    fprintf(stderr, "Failed to read audio datan");


    free(buffer);


    sf_close(file);


    return -1;


}

播放音频文件

使用Pa_OpenDefaultStream函数可以打开一个音频流，用于播放音频数据。Pa_OpenDefaultStream函数的第一个参数是输入通道数，第二个参数是输出通道数，第三个参数是样本格式，第四个参数是采样率，第五个参数是每个缓冲区的帧数，第六个参数是回调函数，第七个参数是回调函数的用户数据。

PaStream *stream;


err = Pa_OpenDefaultStream(&stream, 0, sfInfo.channels, paFloat32, sfInfo.samplerate, paFramesPerBufferUnspecified, NULL, NULL);


if (err != paNoError) {


    fprintf(stderr, "Failed to open audio stream: %sn", Pa_GetErrorText(err));


    free(buffer);


    sf_close(file);


    Pa_Terminate();


    return -1;


}

使用Pa_StartStream函数可以开始播放音频数据。Pa_StartStream函数的参数是音频流指针。

err = Pa_StartStream(stream);


if (err != paNoError) {


    fprintf(stderr, "Failed to start audio stream: %sn", Pa_GetErrorText(err));


    Pa_CloseStream(stream);


    free(buffer);


    sf_close(file);


    Pa_Terminate();


    return -1;


}

使用Pa_WriteStream函数可以将音频数据写入音频流。Pa_WriteStream函数的第一个参数是音频流指针，第二个参数是音频数据，第三个参数是写入的帧数。

err = Pa_WriteStream(stream, buffer, sfInfo.frames);


if (err != paNoError) {


    fprintf(stderr, "Failed to write audio data: %sn", Pa_GetErrorText(err));


    Pa_CloseStream(stream);


    free(buffer);


    sf_close(file);


    Pa_Terminate();


    return -1;


}

清理资源

在播放完音频数据后，需要释放资源。使用Pa_CloseStream函数可以关闭音频流，使用Pa_Terminate函数可以退出PortAudio库，使用sf_close函数可以关闭音频文件，使用free函数可以释放音频数据缓冲区。

Pa_CloseStream(stream);


Pa_Terminate();


sf_close(file);


free(buffer);

四、使用合适的编解码器

在处理音频文件时，可能需要使用合适的编解码器进行编码和解码。常见的音频编解码器包括LAME、FFmpeg等。

1、LAME编解码器

LAME是一个开源的MP3编码器，可以用于将WAV文件转换为MP3文件。

安装LAME编解码器

在Linux系统上，可以使用包管理器安装LAME编解码器：

sudo apt-get install lame

在Windows系统上，可以从LAME官方网站下载预编译的库文件，并将其添加到项目中。

使用LAME编码WAV文件

使用lame_encode_buffer函数可以将WAV文件编码为MP3文件。lame_encode_buffer函数的第一个参数是LAME编码器句柄，第二个参数是左声道数据，第三个参数是右声道数据，第四个参数是帧大小，第五个参数是MP3数据缓冲区，第六个参数是MP3数据大小。

lame_t lame = lame_init();


if (!lame) {


    fprintf(stderr, "Failed to initialize LAME encodern");


    return -1;


}


lame_set_in_samplerate(lame, sfInfo.samplerate);


lame_set_num_channels(lame, sfInfo.channels);


lame_set_brate(lame, 128);


lame_init_params(lame);


int mp3BufferSize = sfInfo.frames * sfInfo.channels * 1.25 + 7200;


unsigned char *mp3Buffer = (unsigned char *)malloc(mp3BufferSize);


if (!mp3Buffer) {


    fprintf(stderr, "Failed to allocate memory for MP3 datan");


    lame_close(lame);


    return -1;


}


int mp3DataSize = lame_encode_buffer(lame, (short int *)buffer, NULL, sfInfo.frames, mp3Buffer, mp3BufferSize);


if (mp3DataSize < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to encode MP3 data: %dn", mp3DataSize);


    free(mp3Buffer);


    lame_close(lame);


    return -1;


}

写入MP3文件

使用fwrite函数可以将MP3数据写入文件。fwrite函数的第一个参数是MP3数据，第二个参数是每个数据块的大小，第三个参数是数据块的数量，第四个参数是文件指针。

FILE *mp3File = fopen("audio.mp3", "wb");


if (!mp3File) {


    fprintf(stderr, "Failed to open MP3 filen");


    free(mp3Buffer);


    lame_close(lame);


    return -1;


}


size_t bytesWritten = fwrite(mp3Buffer, 1, mp3DataSize, mp3File);


if (bytesWritten != mp3DataSize) {


    fprintf(stderr, "Failed to write MP3 datan");


    fclose(mp3File);


    free(mp3Buffer);


    lame_close(lame);


    return -1;


}


fclose(mp3File);


free(mp3Buffer);


lame_close(lame);

2、FFmpeg编解码器

FFmpeg是一个开源的多媒体处理库，支持多种音视频格式的编码和解码。

安装FFmpeg编解码器

在Linux系统上，可以使用包管理器安装FFmpeg编解码器：

sudo apt-get install ffmpeg libavcodec-dev libavformat-dev libavutil-dev

在Windows系统上，可以从FFmpeg官方网站下载预编译的库文件，并将其添加到项目中。

使用FFmpeg解码音频文件

使用avcodec_open2函数可以打开一个编解码器上下文。avcodec_open2函数的第一个参数是编解码器上下文，第二个参数是编解码器，第三个参数是编解码器选项。

AVFormatContext *formatContext = avformat_alloc_context();


if (avformat_open_input(&formatContext, "audio.mp3", NULL, NULL) != 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to open audio filen");


    return -1;


}


if (avformat_find_stream_info(formatContext, NULL) < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to find stream infon");


    avformat_close_input(&formatContext);


    return -1;


}


AVCodec *codec = NULL;


AVCodecContext *codecContext = NULL;


int streamIndex = av_find_best_stream(formatContext, AVMEDIA_TYPE_AUDIO, -1, -1, &codec, 0);


if (streamIndex < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to find audio streamn");


    avformat_close_input(&formatContext);


    return -1;


}


codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);


if (avcodec_parameters_to_context(codecContext, formatContext->streams[streamIndex]->codecpar) < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to copy codec parametersn");


    avcodec_free_context(&codecContext);


    avformat_close_input(&formatContext);


    return -1;


}


if (avcodec_open2(codecContext, codec, NULL) < 0) {


    fprintf(stderr, "Failed to open codecn");


    avcodec_free_context(&codecContext);


    avformat_close_input(&formatContext);


    return -1;


}

解码音频数据

使用av_read_frame函数可以读取音频数据包。av_read_frame函数的第一个参数是格式上下文，第二个参数是数据包。

AVPacket packet;


AVFrame *frame = av_frame_alloc();


if (!frame) {


    fprintf(stderr, "Failed to allocate framen");


    avcodec_free_context(&codecContext);


    avformat_close_input(&formatContext);


    return -1;


}


while (av_read_frame(formatContext, &packet) >= 0) {


    if (packet.stream_index == streamIndex) {


        if (avcodec_send_packet(codecContext, &packet) < 0) {


            fprintf(stderr, "Failed to send packetn");


            av_packet_unref(&packet);


            break;


        }


        if (avcodec_receive_frame(codecContext, frame) == 0) {


            // Process audio frame


        }


    }


    av_packet_unref

相关问答FAQs：

1. 如何在C语言程序中打开音频文件？

在C语言程序中，您可以使用标准库函数fopen来打开音频文件。以下是一个示例代码：

#include <stdio.h>

int main() {
   FILE *file;
   char filename[] = "audio.wav";
   
   file = fopen(filename, "rb");
   if (file == NULL) {
      printf("无法打开音频文件！n");
      return 1;
   }
   
   // 在这里可以进行音频文件的读取和处理
   
   fclose(file);
   
   return 0;
}

2. 如何检查音频文件是否成功打开？

在使用fopen函数打开音频文件后，您可以通过检查返回的文件指针是否为NULL来判断文件是否成功打开。如果文件指针为NULL，则说明打开文件失败。您可以使用类似以下的代码来进行判断：

file = fopen(filename, "rb");
if (file == NULL) {
   printf("无法打开音频文件！n");
   return 1;
}

3. 如何处理打开的音频文件？

一旦您成功打开音频文件，您可以使用标准库函数来处理音频文件。例如，您可以使用fread函数来读取文件内容，使用fwrite函数来写入文件内容，以及使用其他相关函数来操作音频数据。具体的处理方式取决于您的需求和音频文件的格式。

原创文章，作者：Edit2，如若转载，请注明出处：https://docs.pingcode.com/baike/1037521

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