PCM音频

最新推荐文章于 2024-02-14 08:04:20 发布

叶落花生

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分类专栏：音频文章标签：视频会议多媒体编码 wave

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来自：http://www.cnitblog.com/tinnal/archive/2009/01/03/53401.html

这是JRTPLIB@Conference系列的第六部《G.711编码事例程序》，本系列的主要工作是实现一个基于JRTPLIB的，建立在RTP组播基础上的多媒体视频会议系统。这只是一个实验系统，用于学习JRTPLIB、RTP、和多媒体相关的编程，不是一个完善的软件工程。而且，我只会在业余的时间出于兴趣写一写。有志同道合的朋友可以通过tinnal@136.com这个邮箱或博客回复（推荐）和我交流。
上一部《JRTPLIB@Conference DIY视频会议系统五、PCM 和G.711编码相关》
这一部我们来做个实验，就是把用windows录音机录下来的"PCM 8.000 kHz, 16 位, 单声道"WAV文件转换成为我们要用的8位8000Hz a-law格式PCM。要注意的是录音机默认的方式是PCM 44.100 kHz, 16 位, 立体声，我们不想去进行采样频率的更改，因为这个要进行插值，而且也没必要，因为我们写软件时采样频率我们是可以更改的。所以我们要先把录音另为"PCM 8.000 kHz, 16 位, 单声道"格式。

一、WAV格式
虽然会议系统完成后我们能直接向声卡拿到PCM数据，但毕竟我们现在拿到手的是WAV文件，我们要识别这种格式的头文件。下面是一编转自其它网站的《WAV 格式详解》(有一定修改）
1、综述
WAVE文件作为多媒体中使用的声波文件格式之一，它是以RIFF格式为标准的。RIFF是英文Resource Interchange File Format的缩写，每个WAVE文件的头四个字节便是“RIFF”。
WAVE文件是由若干个Chunk组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk, Format Chunk, Fact Chunk(可选), Data Chunk。具体见下图：

其中除了Fact Chunk外，其他三个Chunk是必须的。每个Chunk有各自的ID，位于Chunk最开始位置，作为标示，而且均为4个字节。并且紧跟在ID后面的是Chunk大小（去除ID和Size所占的字节数后剩下的其他字节数目），4个字节表示，低字节表示数值低位，高字节表示数值高位。下面具体介绍各个Chunk内容。
PS：
所有数值表示均为低字节表示低位，高字节表示高位。

以'FIFF'作为标示，然后紧跟着为size字段，该size是整个wav文件大小减去ID和Size所占用的字节数，即FileLen - 8 = Size。然后是Type字段，为'WAVE'，表示是wav文件。

Fact Chunk是可选字段，一般当wav文件由某些软件转化而成，则包含该Chunk。

    Data Chunk是真正保存wav数据的地方，以'data'作为该Chunk的标示。然后是数据的大小。紧接着就是wav数据。根据Format Chunk中的声道数以及采样bit数，wav数据的bit位置可以分成以下几种形式：
    ---------------------------------------------------------------------
    |   单声道 |    取样1    |    取样2    |    取样3    |    取样4    |
    |           |--------------------------------------------------------
    | 8bit量化 |    声道0    |    声道0    |    声道0    |    声道0    |
    ---------------------------------------------------------------------
    |   双声道 |          取样1            |           取样2           |
    |           |--------------------------------------------------------
    | 8bit量化 | 声道0(左) | 声道1(右) | 声道0(左) | 声道1(右) |
    ---------------------------------------------------------------------
    |           |          取样1            |           取样2           |
    |   单声道 |--------------------------------------------------------
    | 16bit量化 |    声道0    | 声道0      |    声道0    | 声道0      |
    |           | (低位字节) | (高位字节) | (低位字节) | (高位字节) |
    ---------------------------------------------------------------------
    |           |                         取样1                         |
    |   双声道 |--------------------------------------------------------
    | 16bit量化 | 声道0(左) | 声道0(左) | 声道1(右) | 声道1(右) |
    |           | (低位字节) | (高位字节) | (低位字节) | (高位字节) |
    ---------------------------------------------------------------------
                         图6 wav数据bit位置安排方式

3、小结
因此，根据上述结构定义以及格式介绍，很容易编写相应的wav格式解析代码。这里具体的代码就不给出了。

二、代码的实现

根据上面的格式规定，我们把它写成一头文件wav.h

#ifndef _WAV_H_
2

#define _WAV_H_
3

#include " types.h "
5

#pragma pack( 1 )
7

struct RIFF_HEADER
9

{
10

U8 szRiffID[4]; // 'R','I','F','F'
11

U32 dwRiffSize;
12

U8 szRiffFormat[4]; // 'W','A','V','E'
13

} ;
14

struct WAVE_FORMAT
16

{
17

U16 wFormatTag;
18

U16 wChannels;
19

U32 dwSamplesPerSec;
20

U32 dwAvgBytesPerSec;
21

U16 wBlockAlign;
22

U16 wBitsPerSample;
23

U16 pack; //附加信息
24

} ;
25

struct FMT_BLOCK
26

{
27

U8 szFmtID[4]; // 'f','m','t',' '
28

U32 dwFmtSize;
29

struct WAVE_FORMAT wavFormat;
30

} ;
31

struct FACT_BLOCK
33

{
34

U8 szFactID[4]; // 'f','a','c','t'
35

U32 dwFactSize;
36

} ;
37

struct DATA_BLOCK
39

{
40

U8 szDataID[4]; // 'd','a','t','a'
41

U32 dwDataSize;
42

} ;
43

#endif

因为这是个简单的程序，我没有去规划，相就的WAV解码过程我放到main.c的main函数里做了，这是不应该的，请原谅

/**/ /*******************************************************
2

* 这是配合我的博客《JRTPLIB@Conference DIY视频会议系统》
3

* 而写的一个阶段性实验。
4

* 作者：冯富秋 tinnal
5

* 邮箱：tinnal@163.com
6

* 博客：www.cnitblog.com/tinnal/
7

* 目期：2009-01-03
8

* 版本：1.00
9

*********************************************************/
10

#include " stdio.h "
12

#include " string.h "
13

#include " types.h "
14

#include " g711.h "
15

#include " wav.h "
16

struct RIFF_HEADER riff_header;
18

struct FMT_BLOCK fmt_block;
19

char fack_block_buffer[ 20 ]; // 20 should be enough
20

struct FACT_BLOCK fact_block;
21

struct DATA_BLOCK data_block;
22

int main( int argc, char ** argv)
24

{
25

FILE *wav_in;
26

FILE *wav_out;
27

U32 i;
28

U8 has_fact_block =0;
29

unsigned char pcm_bytes[2];
31

short pcm;
32

unsigned char a_law;
33

long file_pos;
35

if(argc !=3 )
37

{
38

printf("Usage:\n\t%s <intput file> <output file>\n", argv[0]);
39

exit(-1);
40

}
41

wav_in = fopen(argv[1],"rb");
43

if(wav_in == NULL)
44

{
45

printf("Can't open input file %s\n", argv[1]);
46

return (-1);
47

}
48

wav_out = fopen(argv[2], "wb");
50

if( wav_out == NULL)
51

{
52

printf("Can't open output file %s\n",argv[2]);
53

fclose(wav_in);
54

return(-1);
55

}
56

file_pos = ftell(wav_in);
58

//Read RIFF_HEADER
60

fread(&riff_header, sizeof(struct RIFF_HEADER), 1, wav_in);
61

if( memcmp(riff_header.szRiffID, "RIFF", 4) !=0||
62

memcmp(riff_header.szRiffFormat, "WAVE", 4) !=0 )
63

{
64

printf("No a vaild wave file!\n");
65

fclose(wav_in);
66

fclose(wav_out);
67

return(-1);
68

}
69

file_pos = ftell(wav_in);
70

//Read FMT_BLOCK
72

fread(&fmt_block, sizeof(struct FMT_BLOCK), 1, wav_in);
73

if( memcmp(fmt_block.szFmtID, "fmt ", 4) !=0||
74

fmt_block.dwFmtSize !=18||
75

fmt_block.wavFormat.wFormatTag !=0x1||
76

fmt_block.wavFormat.wChannels !=0x1||
77

fmt_block.wavFormat.dwSamplesPerSec !=8000||
78

fmt_block.wavFormat.wBitsPerSample !=16)
79

{
80

printf("Sorry this is only test program,\n"
81

"we only support follow format,\n"
82

"\t 1. Format: linear PCM \n"
83

"\t 2. Samples Rate: 8000 KHz \n"
84

"\t 3. Channels: one channel \n"
85

"\t 4. BitsPerSample: 16 \n");
86

fclose(wav_in);
87

fclose(wav_out);
88

return(-1);
89

}
90

file_pos = ftell(wav_in);
92

//Try to read FACT_BLOCK
94

file_pos = ftell(wav_in);
95

fread(&fact_block, sizeof(struct FACT_BLOCK), 1, wav_in);
96

if( memcmp(fact_block.szFactID, "fact", 4) ==0 )
97

{
98

has_fact_block =1;
99

fread(&fack_block_buffer, fact_block.dwFactSize, 1, wav_in);
100

}
101

else
102

fseek(wav_in, file_pos, SEEK_SET);
103

104

fread(&data_block, sizeof(struct DATA_BLOCK), 1, wav_in);
105

if (memcmp(data_block.szDataID, "data", 4) !=0)
106

{
107

printf("OOh what error?\n");
108

fclose(wav_in);
109

fclose(wav_out);
110

return(-1);
111

}
112

113

//Change the wave header to write
114

riff_header.dwRiffSize -= data_block.dwDataSize/2 ;
115

116

fmt_block.wavFormat.wFormatTag =0x06;
117

fmt_block.wavFormat.wChannels =0x01;
118

fmt_block.wavFormat.dwSamplesPerSec =8000;
119

fmt_block.wavFormat.dwAvgBytesPerSec =8000;
120

fmt_block.wavFormat.wBlockAlign =0x01;
121

fmt_block.wavFormat.wBitsPerSample =0x08;
122

123

data_block.dwDataSize -= data_block.dwDataSize/2 ;
124

125

//Write wave file header
126

fwrite(&riff_header, sizeof(struct RIFF_HEADER), 1, wav_out);
127

fwrite(&fmt_block, sizeof(struct FMT_BLOCK), 1, wav_out);
128

if(has_fact_block ==1)
129

{
130

fwrite(&fact_block, sizeof(struct FACT_BLOCK), 1, wav_out);
131

fwrite(&fack_block_buffer, fact_block.dwFactSize, 1, wav_out);
132

}
133

fwrite(&data_block, sizeof(struct DATA_BLOCK), 1, wav_out);
134

135

//Convert pcm data to a-low data and write wav file.
136

for(i =0; i< data_block.dwDataSize; i++)
137

{
138

pcm_bytes[0] = (U8) fgetc(wav_in);
139

pcm_bytes[1] = (U8) fgetc(wav_in);
140

pcm =*(short*)&pcm_bytes;
141

142

a_law = ALawEncode((int)pcm);
143

// a_law = linear2alaw((int)pcm);
144

fputc(a_law, wav_out);
145

}
146

fclose(wav_in);
147

fclose(wav_out);
148

149

printf("Finish!\n");
150

return0;
151

}
152

整个文件基本都是在为WAV文件格式服务而非我们的核心工作－－G.711编码。唉~，我也不想。这里在面进行G.711编码的就是ALawEncode函数。这个函数定义在g711.c里件里，这个文件函数一些我认为比较有用的函数。我们这是只把ALawEncode这个函数拿出来。

省略的代码
2

unsigned char ALawEncode( int pcm16)
3

{
4

int p = pcm16;
5

unsigned a; // A-law value we are forming
6

if(p<0)
7

{
8

// -ve value
9

// Note, ones compliment is used here as this keeps encoding symetrical
10

// and equal spaced around zero cross-over, (it also matches the standard).
11

p =~p;
12

a =0x00; // sign = 0
13

}
14

else
15

{
16

// +ve value
17

a =0x80; // sign = 1
18

}
19

// Calculate segment and interval numbers
21

p >>=4;
22

if(p>=0x20)
23

{
24

if(p>=0x100)
25

{
26

p >>=4;
27

a +=0x40;
28

}
29

if(p>=0x40)
30

{
31

p >>=2;
32

a +=0x20;
33

}
34

if(p>=0x20)
35

{
36

p >>=1;
37

a +=0x10;
38

}
39

}
40

// a&0x70 now holds segment value and 'p' the interval number
41

a += p; // a now equal to encoded A-law value
43

return a^0x55; // A-law has alternate bits inverted for transmission
45

}
46

省略的代码
47

哈哈，前一部说了这么多，其实G711编码也只是很简单的。当然，不然VOIP怎么把它变的每个软件的必要品。