обработка аудиофайла wav с помощью C

Question

Я работаю над обработкой амплитуды wav-файла и масштабированием его на некоторый десятичный коэффициент.Я пытаюсь разобраться в том, как читать и перезаписывать файл с экономией памяти, а также пытаюсь разобраться с нюансами языка (я новичок в C).Файл может быть как в 8-, так и в 16-битном формате.Способ, которым я думал сделать это, заключается в том, чтобы сначала прочитать данные заголовка в какую-то заранее определенную структуру, а затем обрабатываю фактические данные в цикле, где я считываю фрагмент данных в буфер, делаю с ним все, что необходимо, а затем записываю это в выходные данные.

#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;
}

В конце я получаю разные размеры файлов (примерно на 1 кб для файла размером 40 Мб), и я подозреваю, что это связано с тем фактом, что я записываю в выходной файл весь буфер, даже несмотря на то, что файл, возможно, завершился до заполнения всего размера буфера.Кроме того, выходной файл испорчен - не воспроизводится и не открывается, - так что я, вероятно, все делаю неправильно.Любые советы о том, где я напортачил, будут замечательными.Спасибо!

Answer 1

1 Вы читаете байты вместо 16-битных выборок 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, напримерисходная 16-битная выборка = 32000 и коэффициент = 1.5 обернутся вокруг целочисленного значения вместо того, чтобы сжимать его до максимума 32767.

3 Вы вообще не смотрите на РИФФ и другие заголовки.В WAV-файлах возможно, что за аудиоданными следуют некоторые информационные нижние колонтитулы или им предшествуют дополнительные заголовки.Или другими словами:Ваш header структура слишком статична.Вы также должны прочитать формат WAV из файла вместо параметра, указывающего, что это 8-битные сэмплы.

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 несколько волшебных битов в память при переполнении целых чисел: P

И звуковые сэмплы подписаны, поэтому диапазоны равны -128; 127 и -32768;32767.Проверка переполнения должна происходить в выражении умножения.Вы также делаете предположения относительно режима округления с плавающей запятой до целого числа, который настраивается и который следует учитывать.Что - то вроде if(roundf(factor * inbuff16[i]) > 32767 || roundf(factor * inbuff16[i]) < -32768), может быть.

5 Вы не сохраняете результат fread, таким образом, вы запишете слишком много сэмплов в выходной файл.

6 И, наконец, вы изобретаете велосипед заново.Пока это для обучения, все в порядке.В противном случае вам следует использовать существующие библиотеки.

Answer 2

Гораздо лучше использовать библиотеки для чтения и записи звуковых файлов.Например. libsndfile.На этой веб-странице есть список "других подобных проектов", с которыми вы также можете ознакомиться.В sndfile-tools могли бы быть хорошие примеры кода, чтобы узнать, как использовать библиотеку.

Answer 3

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

Другой вариант - удалить вашу логику обработки звука и просто прочитать исходный файл из вашего внутреннего буфера и записать его в файл.Если ваш код может сгенерировать таким образом действительный рабочий выходной файл, то вы можете сузить проблему до вашего обрабатывающего кода.

Возможно, вы также захотите начать с файла размером менее 40 МБ.Если ничего другого нет, сделайте копию этого входного файла и сократите его до пары секунд звука.Файл меньшего размера будет легче проверить вручную.

Редактировать: Призывы к fread() и fwrite() необходимо проверить их возвращаемые значения.Эти функции возвращают количество прочитанных или записанных элементов, и если вызов любой из функций возвращает значение меньше ожидаемого, то это может быть причиной разницы в размере вашего файла.

Кроме того, второй параметр для fread выражается в байтах.Поэтому, если вы хотите заполнить чтением весь буфер целиком, вам нужно было бы сказать что-то более похожее fread(inbuff16, sizeof(inbuff16[0]), BUFSIZE, infile);.Текущий код будет считываться только в BUFSIZE байт (что по совпадению работает для 8-битного регистра, но я бы рекомендовал изменить и его для наглядности).

Answer 4

Эта следующая строка также не нужна для чтения заголовков WAV (длина заголовка составляет 48 байт вместо "стандартных" 44).:

short int extra_param_size;

Answer 5

Если возможно, вы можете захотеть посмотреть на другой язык, отличный от C, если только он не предназначен специально для приложения на C.

• Например, у python есть хороший wav-пакет, который легко считывает и записывает wav-файлы.
• Для более профессионального или академического использования первым шагом является MATLAB, который также очень легко считывает wav-файлы (непосредственно в векторы, с которыми затем работают как с отдельными выражениями).