如何用C语言编写wav读取函数

如何用C语言编写wav读取函数

编写一个C语言函数来读取wav文件，需要理解和处理wav文件的文件头、数据部分等内容。解析wav文件格式、读取文件头信息、读取音频数据是完成这一任务的关键步骤。以下将详细描述如何实现每一个步骤。

一、WAV文件格式

1.1、WAV文件头格式

WAV文件通常由RIFF头、格式子块、数据子块等部分组成。具体结构如下：

RIFF头:
- Chunk ID: 4 bytes ("RIFF")
- Chunk Size: 4 bytes
- Format: 4 bytes ("WAVE")
格式子块:
- Subchunk1 ID: 4 bytes ("fmt ")
- Subchunk1 Size: 4 bytes
- Audio Format: 2 bytes
- Num Channels: 2 bytes
- Sample Rate: 4 bytes
- Byte Rate: 4 bytes
- Block Align: 2 bytes
- Bits Per Sample: 2 bytes
数据子块:
- Subchunk2 ID: 4 bytes ("data")
- Subchunk2 Size: 4 bytes
- Data: (Subchunk2 Size) bytes

1.2、数据解析

在读取WAV文件时，首先要解析上述文件头信息，然后读取音频数据。

二、实现WAV读取函数

2.1、定义数据结构

首先，我们需要定义用于存储WAV文件头信息的数据结构。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#pragma pack(1)
typedef struct {
    char chunkID[4];
    uint32_t chunkSize;
    char format[4];
} RIFFHeader;
typedef struct {
    char subchunk1ID[4];
    uint32_t subchunk1Size;
    uint16_t audioFormat;
    uint16_t numChannels;
    uint32_t sampleRate;
    uint32_t byteRate;
    uint16_t blockAlign;
    uint16_t bitsPerSample;
} FmtSubchunk;
typedef struct {
    char subchunk2ID[4];
    uint32_t subchunk2Size;
} DataSubchunk;
typedef struct {
    RIFFHeader riff;
    FmtSubchunk fmt;
    DataSubchunk data;
} WAVHeader;
#pragma pack()

2.2、读取文件头

接下来编写读取WAV文件头的函数。

int readWAVHeader(FILE *file, WAVHeader *header) {
    if (fread(&header->riff, sizeof(RIFFHeader), 1, file) != 1) return -1;
    if (fread(&header->fmt, sizeof(FmtSubchunk), 1, file) != 1) return -1;
    // 跳过任何额外的 fmt 子块字节
    if (header->fmt.subchunk1Size > 16) {
        fseek(file, header->fmt.subchunk1Size - 16, SEEK_CUR);
    }
    if (fread(&header->data, sizeof(DataSubchunk), 1, file) != 1) return -1;
    return 0;
}

2.3、读取音频数据

之后编写读取音频数据的函数。

int16_t* readWAVData(FILE *file, uint32_t dataSize) {
    int16_t *data = (int16_t*) malloc(dataSize);
    if (data == NULL) return NULL;
    if (fread(data, dataSize, 1, file) != 1) {
        free(data);
        return NULL;
    }
    return data;
}

2.4、主函数

最后，实现一个主函数来测试上述功能。

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s <wav file>n", argv[0]);
        return -1;
    }
    FILE *file = fopen(argv[1], "rb");
    if (file == NULL) {
        perror("Failed to open file");
        return -1;
    }
    WAVHeader header;
    if (readWAVHeader(file, &header) != 0) {
        printf("Failed to read WAV headern");
        fclose(file);
        return -1;
    }
    printf("ChunkID: %.4sn", header.riff.chunkID);
    printf("ChunkSize: %un", header.riff.chunkSize);
    printf("Format: %.4sn", header.riff.format);
    printf("Subchunk1ID: %.4sn", header.fmt.subchunk1ID);
    printf("Subchunk1Size: %un", header.fmt.subchunk1Size);
    printf("AudioFormat: %un", header.fmt.audioFormat);
    printf("NumChannels: %un", header.fmt.numChannels);
    printf("SampleRate: %un", header.fmt.sampleRate);
    printf("ByteRate: %un", header.fmt.byteRate);
    printf("BlockAlign: %un", header.fmt.blockAlign);
    printf("BitsPerSample: %un", header.fmt.bitsPerSample);
    printf("Subchunk2ID: %.4sn", header.data.subchunk2ID);
    printf("Subchunk2Size: %un", header.data.subchunk2Size);
    int16_t *data = readWAVData(file, header.data.subchunk2Size);
    if (data == NULL) {
        printf("Failed to read WAV datan");
        fclose(file);
        return -1;
    }
    // 处理音频数据 (例如，输出前几个样本)
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    printf("n");
    free(data);
    fclose(file);
    return 0;
}

三、核心步骤详解

3.1、解析WAV文件格式

解析WAV文件格式是编写读取函数的第一步。WAV文件头包含了音频格式、采样率、通道数等重要信息。理解这些信息对于正确读取和处理音频数据至关重要。

3.2、读取文件头信息

在读取文件头信息时，需要注意文件头的字节对齐方式。使用#pragma pack(1)可以确保结构体按字节对齐，从而正确解析文件头。

3.3、读取音频数据

读取音频数据时，需要根据文件头中的信息（如数据块大小）来分配内存，并确保正确读取数据块。读取过程中要处理可能的文件读取错误。

3.4、处理读取的数据

读取到的数据可以用于音频处理、分析等多种用途。在本文示例中，我们简单地输出了前几个样本值，实际应用中可以根据需要进行更复杂的处理。

3.5、内存管理

在读取音频数据时，分配的内存需要在使用后释放，以避免内存泄漏。使用malloc分配内存，并在不再需要时使用free释放内存。

四、总结

本文详细介绍了如何使用C语言编写一个WAV文件读取函数。通过解析WAV文件格式、读取文件头信息和音频数据，可以实现对WAV文件的读取和处理。希望本文的内容能对您有所帮助，在实际应用中灵活运用这些知识，实现更多功能。