基于C的PCM音频数据的读取、处理与写入（一）

最新推荐文章于 2022-04-29 14:57:52 发布

Ivy9808

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分类专栏： VS2008（C++）文章标签： c++ c语言算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Ivy9808/article/details/123669609

本文介绍如何使用C语言读取和处理PCM音频数据，涉及单声道16KHz、16位的PCM文件。通过短整型到浮点型的转换进行音量调整，避免数据精度损失导致的噪声。文中提出的数据转换流程为：short_in → float_in → (float_in * float_vol) → short_out，并讨论了fopen_s替代fopen、运算符优先级、指针参数保护、结构体使用和位移操作等后续探究主题。

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PCM音频数据，是模拟音频信号经过数模转换后直接形成的二进制序列，是一种罕见的音频文件格式，因此在对pcm文件进行读写的时候，要选用以二进制的形式打开。
此次读写的PCM文件，单声道，采样率是16KHz，分辨率是16位，也就是2个字节的长度。
在程序编写之前，要考虑一个问题，pcm文件内的数据为short型，我们调整音量倍数可能是float型，因此两者相乘后值为float型，若强行进行取整运算，则会对数据产生较大影响，即引入了较大噪声，因此我们通过以下流程进行实现：short_in→float_in→float_in*float_vol=float_out→short_out。
在short<—>float的转换中，我们利用了归一化的思想，通过几组数据，验证得出他们之间的替换关系，如下：

*short型数据，在人为查看时，并不能直观判定该数据大小，即并不知晓其占满量程的百分比，因此通常归一化为float数据，
    那如何进行short和float之间的转换那，可以用以下代码来验证，最后得出两个常量值，当short为负数时，除以32768，且要乘以-1，
    当short为正数时，除以32767，就可将short转换为float，当需要存储到文件的时候，再乘以相应的数值，转换为short后进行存储。*/
    
    const short MAX_VOL_S16_N = 32768;   //16Bit满量程转换
    const short MAX_VOL_S16_P = 32767;
    
  //  以下代码进行了short-float之间的转换
/*
    short test_a = 32767;
    float test_b = 0.5;
    short test_c = -32768;
    float test_d = -0.5;

    short tmp_s;
    short tmp_s2;
    float tmp_f;
    float tmp_f2;
    
      
    tmp_s=(short)(test_b*MAX_VOL_S16_P);
    tmp_s2=(short)(test_d*MAX_VOL_S16_N);

    tmp_f=(float)test_a/MAX_VOL_S16_P;
    tmp_f2=(float)test_c/MAX_VOL_S16_N;
 
    printf("%d\n",tmp_s); //运行结果为16383，符合预期
    printf("%f\n",tmp_f);//运行结果为1，符合预期
    printf("%d\n",tmp_s2);//运行结果为16384，不符合预期
    printf("%d\n",(short)(-1*test_d*MAX_VOL_S16_N));  //运行结果为-16383，符合预期
    printf("%f\n",tmp_f2);//运行结果为1，不符合预期
    printf("%f\n",(float)-1*test_c/MAX_VOL_S16_N); //运行结果为-1，符合预期
    */
    /*综上，4个