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PCM音频文件(.wav)压缩成ADPCM(.wav) wav文件分析 wav 文件格式

时间:2020-02-07 11:33:42

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PCM音频文件(.wav)压缩成ADPCM(.wav)  wav文件分析 wav 文件格式

本文来自:

/jtlyr/article/details/5321884

这里还有介绍一些wav文件的其他网站,记录下:

https://ccrma.stanford.edu/courses/422/projects/WaveFormat/

/zhihu008/article/details/7854529

PCM音频文件压缩成adpcm格式的文件有多中方法(如使用ms ACM、sox等),本文主要介绍使用公开的算法(如下所示,如果需要可到网上搜一下:

=======================================

** Intel/DVI ADPCM coder/decoder.

**

** The algorithm for this coder was taken from the IMA Compatability Project

** proceedings, Vol 2, Number 2; May 1992.

**

** Version 1.2, 18-Dec-92.

=======================================)进行PCM到ADPCM转换的方法。

首先,要了解一下PCM格式和ADPCM格式的.wav文件的构成,可参考:

非PCM格式的文件会至少多加入一个“fact”块,它用来记录数据解压缩后的大小。(注意是数据而不是文件)这个“fact”块一般加在“data”块的前面。

1.PCM格式的wav文件的内部结构

2.WAVEFORMAT结构的认识

PCM和非PCM的主要区别是声音数据的组织不同,这些区别可以通过两者的WAVEFORMAT结构来区分。下面以PCM和IMA-ADPCM来进行对比:

WAVE的基本结构WAVEFORMATEX结构定义如下:

typedef struct

{

WORD wFormatag; //编码格式,包括WAVE_FORMAT_PCM,//WAVEFORMAT_ADPCM等

WORD nChannls; //声道数,单声道为1,双声道为2;

DWORD nSamplesPerSec;//采样频率;

DWORD nAvgBytesperSec;//每秒的数据量;

WORD nBlockAlign;//块对齐;

WORD wBitsPerSample;//WAVE文件的采样大小;

WORD sbSize; //PCM中忽略此值

}WAVEFORMATEX;

PCM的结构就是这个基本结构;

IMAADPCMWAVEFORMAT结构定义如下:

Typedef struct

{

WAVEFORMATEX wfmt;

WORD nSamplesPerBlock;

}IMAADPCMWAVEFORMAT;

IMA-ADPCM的wfmt->cbsize不能忽略,一般取值为2,表示此类型的WAVEFORMAT比一般的WAVEFORMAT多出2个字节。这两个字符也就是nSamplesPerBlock。

3.“fact”chunk的内部组织

在非PCM格式的文件中,一般会在WAVEFORMAT结构后面加入一个“fact”chunk,结构如下:

typedef struct{

char[4]; //“fact”字符串

DWORD chunksize;

DWORD datafactsize; //数据转换为PCM格式后的大小。

}factchunk;

datafactsize是这个chunk中最重要的数据,如果这是某种压缩格式的声音文件,那么从这里就可以知道他解压缩后的大小。对于解压时的计算会有很大的好处!

4.“data”chunk的内部组织

从“data”chunk的第9个字节开始,存储的就是声音信息的数据了,(前八个字节存储的是标志符“data”和后接数据大小size(DWORD)。这些数据可能是压缩的,也可能是没有压缩的。

PCM中的声音数据没有被压缩,如果是单声道的文件,采样数据按时间的先后顺序依次存入。(它的基本组织单位是BYTE(8bit)或WORD(16bit))如果是双声道的文件,采样数据按时间先后顺序交叉地存入。

IMA-ADPCM是压缩格式,它是从PCM的16位采样压缩成4位的。对于单声道的IMA-ADPCM来说,它是将PCM的数据按时间次序依次压缩并写入文件中的,每个byte中含两个采样,低四位对应第一个采样,高四位对应第二个采样。而对于双声道的IMA-ADPCM来说,它的存储相对就麻烦一些了,它是将PCM的左声道的前8个采样依次压缩并写入到一个DWORD中,然后写入“data”chunk里。紧接着是右声道的前8个采样。以此循环,当采样数不足8时(到数据尾端),应该把多出来的采样用0填充。

在IMA-ADPCM中,“data”chuck中的数据是以block形式来组织的,我把它叫做“段”,也就是说在进行压缩时,并不是依次把所有的数据进行压缩保存,而是分段进行的,这样有一个十分重要的好处:那就是在只需要文件中的某一段信息时,可以在解压缩时可以只解所需数据所在的段就行了,没有必要再从文件开始起一个一个地解压缩。这对于处理大文件将有相当的优势。同时,这样也可以保证声音效果。

Block一般是由block header (block头) 和 data 两者组成的。其中block header是一个结构,它在单声道下的定义如下:

Typedef struct

{

short sample0; //block中第一个采样值(未压缩)

BYTE index; //上一个block最后一个index,第一个block的index=0;

BYTE reserved; //尚未使用

}MonoBlockHeader;

有了blockheader的信息后,就可以不需要知道这个block前面和后面的数据而轻松地解出本block中的压缩数据。对于双声道,它的blockheader应该包含两个MonoBlockHeader其定义如下:

typedaf struct

{

MonoBlockHeader leftbher;

MonoBlockHeader rightbher;

}StereoBlockHeader;

在解压缩时,左右声道是分开处理的,所以必须有两个MonoBlockHeader;

以上内容参考/kindyb/archive//10/13/503024.aspx,对此表示感谢。

==========================华丽的分割线=========================================

接下来,就是要实现从PCM到ADPCM的转换了。(以8KHz,16Bits,单声道为例)

定义结构:

#define ADPCM_BLOCKSIZE 252 //256 - 4;typedef unsigned long ULONG;typedef unsigned short USHORT;typedef unsigned char BYTE;typedef struct {long chunkid;long chunksize;longwave_id;} RIFFCHUNK;typedef struct tagDATA{long ID;unsigned long Size;}DATA;typedef struct{longchunkid;unsigned long chunksize;unsigned long timelength;} FACTCHUNK;typedef struct tagWaveFormat{//long chunkSize;shortwFormatTag;unsigned short wChannels;unsigned long dwSamplesPerSec;unsigned long awAvgBytesPerSec;unsigned short wBlockAlign;unsigned short wBitsPerSample;unsigned short cbsize;int headerSize ;long dataLength ;} WAVEFMT;typedef struct{RIFFCHUNKriff;longchunkid;unsigned long chunksize;USHORT wformattag; /* format type */USHORT nchannels; /* number of channels (i.e. mono, stereo...) */ULONG nsamplespersec; /* sample rate */ULONG navgbytespersec; /* for buffer estimation */USHORT nblockalign; /* block size of data */USHORT wbitspersample; /* number of bits per sample of mono data */USHORT cbsize; /* the count in bytes of the extra size */USHORT wsamplesperblock;FACTCHUNK fact;DATA data;}INTELADPCM_HEADER;

关键部分代码:

void adpcmEncoder(){FILE *inFile, *outFile;inFile = fopen("c://input.wav", "rb");if (!inFile){printf("can't open the input file.");return -2;}WAVEFMT waveFmt;if(!checkWaveFileHeaderFormat(inFile, &waveFmt)) {printf("input file's format is wrong.");return -1;}outFile = fopen("c://output.wav", "wb+");if (!outFile){printf("can't open the output file.");return -2;}setAdpcmHeader(outFile, waveFmt.dataLength);int len;short inData[ADPCM_BLOCKSIZE * 2];BYTE outData[ADPCM_BLOCKSIZE];adpcm_state state;state.index = 0;state.valprev = 0;long samples = waveFmt.dataLength;while (samples > 0){/* Read two frames worth of samples */len = fread(inData, (size_t )1, sizeof (inData), inFile);if (len <= 0){perror("error reading input");exit(1);}samples -= len;if (len < sizeof (inData)){printf("memset. /n");memset((char *)inData + len, 0, sizeof (inData) - len);}fwrite(&state, 4, 1, outFile);len = adpcm_coder(inData, outData, len / 2, &state);writeFile(outFile, outData, len);// 此处高低位要互换}fclose(inFile);fclose(outFile);return 0;}void setAdpcmHeader( FILE *outFile, ULONG dataSize){ULONG flen = 0;INTELADPCM_HEADER adpcmhead;adpcmhead.riff.chunkid = WAV_ID_RIFF;//4BYTEadpcmhead.riff.wave_id = WAV_ID_WAVE;//4BYTEadpcmhead.chunkid = WAV_ID_FMT;//4BYTEadpcmhead.chunksize = 0x14;//2BYTEadpcmhead.wformattag = 0x11;//2BYTEadpcmhead.nchannels = 1;//2BYTEadpcmhead.nsamplespersec = 8000;//4BYTEadpcmhead.navgbytespersec = 4055;// = nsamplespersec / wsamplesperblock *nblockalign, 可调,我用4064效果更好adpcmhead.nblockalign = 0x100;//2BYTEadpcmhead.wbitspersample = 4;//2BYTE adpcmhead.cbsize = 2;//2BYTEadpcmhead.wsamplesperblock = 505;// 为什么是这个数?没搞明白adpcmhead.fact.chunkid = WAV_ID_FACT;adpcmhead.fact.chunksize = 4;adpcmhead.data.ID = WAV_ID_DATA;int adpcmDataSize = (dataSize / (ADPCM_BLOCKSIZE * 4)) * (ADPCM_BLOCKSIZE + 4); //blockcount * 256// 判断最后的一个block是否是1008(252*4)byte,如果不是,按实际大小设置int lastBlockSize = dataSize % (ADPCM_BLOCKSIZE * 4);if(lastBlockSize > 0){adpcmDataSize += lastBlockSize / 4 + 4(sizeof(state));}adpcmhead.riff.chunksize = adpcmDataSize + sizeof(INTELADPCM_HEADER) - 8 ;adpcmhead.fact.timelength = dataSize / 2;adpcmhead.data.Size = adpcmDataSize;fwrite( &adpcmhead, sizeof(adpcmhead), 1, outFile);}

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