Qt 之解析wav文件的头信息（详细分析、对比不同wav文件的数据）

最新推荐文章于 2022-03-13 17:13:58 发布

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本文详细介绍使用Qt解析WAV文件头的过程，包括如何获取声道数、采样频率等关键参数，以及处理扩展信息和Fact块的方法。

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简述

在 Qt 之 WAV文件解析中我们对wav文件的文件头中的数据进行了分析，在 Qt之实现录音播放及raw（pcm）转wav格式中我们实现了录音/播放功能，并将.raw格式的音频文件转为wav格式文件，那我们拿到一个wav文件如何获取文件的具体信息呢，这一篇将叙述对wav文件的头信息进行解析。

注意

在看这篇文章前希望读者看一下 Qt 之 WAV文件解析和 Qt之实现录音播放及raw（pcm）转wav格式这两篇文章，本篇文章也是基于这两篇的基础上进行叙述，如果读者对wav文件的格式有了一定的了解，也可以直接阅读。

代码之路

在Qt 之 WAV文件解析中我们对wav文件头进行了详细的介绍，如果不清楚的可以了解一下。wav的文件头其实就是一个数据结构，结构中保存了一系列参数，那我们从wav文件中一一解析出这些参数。

// wav文件头信息结构
struct WAVFILEHEADER
{
    // RIFF 头;
    char RiffName[4];
    unsigned long nRiffLength;

    // 数据类型标识符;
    char WavName[4];

    // 格式块中的块头;
    char FmtName[4];
    unsigned long nFmtLength;

    // 格式块中的块数据;
    unsigned short nAudioFormat;
    unsigned short nChannleNumber;
    unsigned long nSampleRate;
    unsigned long nBytesPerSecond;
    unsigned short nBytesPerSample;
    unsigned short nBitsPerSample;

    // 附加信息(可选),根据 nFmtLength 来判断;
    // 扩展域大小;
    unsigned short nAppendMessage;
    // 扩展域信息;
    char* AppendMessageData;

    //Fact块,可选字段，一般当wav文件由某些软件转化而成，则包含该Chunk;
    char FactName[4];
    unsigned long nFactLength;
    char FactData[4];

    // 数据块中的块头;
    char    DATANAME[4];
    unsigned long   nDataLength;

    // 以下是附加的一些计算信息;
    int fileDataSize;               // 文件音频数据大小;
    int fileHeaderSize;             // 文件头大小;
    int fileTotalSize;              // 文件总大小;


    // 理论上应该将所有数据初始化，这里只初始化可选的数据;
    WAVFILEHEADER()
    {
        nAppendMessage = 0;
        AppendMessageData = NULL;
        strcpy(FactName, "");
        nFactLength = 0;
        strcpy(FactData, "");
    }

};

// 解析wav文件的头信息;
bool anlysisWavFileHeader(QString fileName)
{
    QFile fileInfo(fileName);
    if (!fileInfo.open(QIODevice::ReadOnly))
    {
        return false;
    }

    WAVFILEHEADER WavFileHeader;
    // 读取 资源交换文件标志 "RIFF";
    fileInfo.read(WavFileHeader.RiffName, sizeof(WavFileHeader.RiffName));


    // 读取 RIFF 头后字节数;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nRiffLength, sizeof(WavFileHeader.nRiffLength));
    // 读取 波形文件标识符 "WAVE";
    fileInfo.read(WavFileHeader.WavName, sizeof(WavFileHeader.WavName));

    // 读取 波形格式标志 "fmt ";
    fileInfo.read(WavFileHeader.FmtName, sizeof(WavFileHeader.FmtName));

    // 读取 格式块中块数据大小;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nFmtLength, sizeof(WavFileHeader.nFmtLength));

    // 读取 格式种类;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nAudioFormat, sizeof(WavFileHeader.nAudioFormat));

    // 读取 音频通道数目;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nChannleNumber, sizeof(WavFileHeader.nChannleNumber));

    // 读取 采样频率;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nSampleRate, sizeof(WavFileHeader.nSampleRate));

    // 读取 波形数据传输速率;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nBytesPerSecond, sizeof(WavFileHeader.nBytesPerSecond));

    // 读取 数据块对齐单位;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nBytesPerSample, sizeof(WavFileHeader.nBytesPerSample));

    // 读取 每次采样得到的样本数据位数值;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nBitsPerSample, sizeof(WavFileHeader.nBitsPerSample));

    // 根据格式块中块数据大小，判断是否有附加信息;
    QString strAppendMessageData;           // 保存扩展域中的扩展信息;
    if (WavFileHeader.nFmtLength >= 18)
    {
        // 读取附加信息占两个字节;
        fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nAppendMessage, sizeof(WavFileHeader.nAppendMessage));
        // 这里 特别注意 nFmtLength 一般情况下是 16 或者18 ，但是有一个wav文件 nFmtLength 为50;
        // 说明我们读取完fmt格式块后面有附加信息，上面一行代码读取了两个字节数据
        // 这两个字节即为扩展域的大小，而剩余的 50 - 18 = 32字节即为扩展域中的扩展信息;
        // 对于扩展域中保存了什么格式的数据暂时无法得知，先用char型数组保存;
        // 这里 扩展域大小 可以通过 WavFileHeader.nAppendMessage （从文件中读取的扩展域大小） 也可以通过 nFmtLength（格式块长度） - 18 得到;
        int appendMessageLength = WavFileHeader.nFmtLength - 18;
        WavFileHeader.AppendMessageData = new char[appendMessageLength];
        fileInfo.read(WavFileHeader.AppendMessageData, appendMessageLength);
        // 这里也可以在末尾加字符结束符查看数据,但是现在不确定扩展信息的具体格式;
        //WavFileHeader.AppendMessageData[appendMessageLength] = '\0';
        // 转成QString 查看扩展信息数据;
        strAppendMessageData = QString(WavFileHeader.AppendMessageData);
    }

    // 由于Fact块为可选，可能存在，所以需要判断;
    char chunkName[5];
    fileInfo.read(chunkName, sizeof(chunkName) - 1);
    // 需要加上字符结束符 '\0'，否则转成QString会出错，通过strlen来计算chunkName的字符长度也会出错。
    chunkName[4] = '\0';
    QString strChunkName(chunkName);
    if (strChunkName.compare("fact") == 0)
    {
        // 存在fact块,读取数据;
        strcpy(WavFileHeader.FactName, chunkName);
        // 读取fact块长度;
        fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nFactLength, sizeof(WavFileHeader.nFactLength));
        // 读取fact块数据;
        fileInfo.read(WavFileHeader.FactData, sizeof(WavFileHeader.FactData));

        // 存在Fact块 , 读取 数据块标识符;
        fileInfo.read(WavFileHeader.DATANAME, sizeof(WavFileHeader.DATANAME));
    }
    else
    {
        // 不存在Fact块，直接赋值;
        strcpy(WavFileHeader.DATANAME, chunkName);
    }


    // 读取 数据块大小;
    fileInfo.read((char*)&WavFileHeader.nDataLength, sizeof(WavFileHeader.nDataLength));

    // 读取 音频数据大小;
    WavFileHeader.fileDataSize = fileInfo.readAll().size();

    // 文件总大小;
    WavFileHeader.fileTotalSize = WavFileHeader.nRiffLength + 8;

    //文件头大小;
    WavFileHeader.fileHeaderSize = WavFileHeader.fileTotalSize - WavFileHeader.fileDataSize;

    fileInfo.close();
    return true;
}
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程序截图

文件一:

这里写图片描述

文件二:

这里写图片描述

从上述图片看来，文件一和文件二都带有扩展信息（附加信息），可以根据 nFmtLength 是否为18 ，而上两个文件中nFmtLength 的值为18 确实有扩展信息，，而扩展信息包含了两个数据字段，一个是扩展域大小（占两个字节），另一个是扩展域信息数据（大小不定），从图上可以看出nFmtLength的值为18，而Fmt块的大小为16，所以多出的2个字节即为扩展域大小，从图中可以看出nAppendMessage值为0，表示没有扩展信息（也可以通过nFmtLength - 18来计算，不过前提是 nFmtLength >= 18 , 具体可以看上述代码），也就无需读取扩展信息，可以看出图中AppendMessageData的值为NULL。

同时文件一和文件二的nFmtLength都为18，包含了扩展信息中的扩展域大小，同时特别注意两个文件都包含了Fact块。

文件三:

这里写图片描述

文件四:

这里写图片描述

从文件三和文件四看来，nFmtLength的值为16 ，表示没有扩展信息（附加信息），这两个wav音频文件没有包含扩展信息，也没有Fact块。

文件五:

这里写图片描述

从文件五中可以看到 nFmtLength 的值为50 ，刚开始看到这个值感觉这个文件可能已经损坏或者有问题，因为之前查阅一些资料发现一般nFmtLength 的值为 16或者18 （为18 时会包含扩展信息），但此时数值为 50 ，这里我不禁疑惑，后来我想想扩展信息中包含扩展域大小和扩展域信息数据，那么扩展域大小占两个字节，那么 50 - 16 - 2 = 32 字节，多出来的32 字节即为扩展域信息数据，而用代码解析出来的数据也有问题，后来分析是因为我没有将这32字节数据读取出来，而是将这32个字节的数据赋值给了扩展信息后面的数据，导致扩展信息后面的Fact块和Data块解析有问题，所以再次修改代码加上判断是否存在扩展域信息数据。

现在看文件五右边这张图中我们发现 nAppendMessage 的值为 32 ，也验证了多出来的 32字节的扩展域信息数据，由于不知道扩展信息的数据结构，暂时先用char型数组接收数据， AppendMessageData现在有了数据，但是显示乱码，这里我们就无需去分析扩展信息中的数据了，由于扩展信息是因为一些软件自己生成的，所以我们只要将扩展信息读取出来即可，也避免后面的数据读取出错。

综合分析

同时注意文件五不仅包含了扩展信息，也包含了扩展域信息数据，同时也存在Fact数据块，所以综合这几个文件数据对比，我们可以初步猜测包含了扩展信息就会存在Fact数据块，但是也不能完全断定，还需继续研究，最好是通过代码解析得出具体数据。扩展信息主要由一些软件制成的wav格式中包含，具体有何意义有待研究。

头信息数据中nRiffLength这个值代表 RIFF 块后字节数也就是整个文件大小 - 8 ，经过对比这个值也是正确的。从文件分析的结果中我们可以看到各个音频文件的各项参数。通过不同文件的对比，主要的三个参数：声道数、采样频率和采样位数（nChannleNumber、nSampleRate和nBitsPerSample），都不一致，这几个值也决定了音频文件的音质，文件大小等属性。

同时我们观察 nDataLength 和 fileDataSize 这两个参数 : nDataLength是wav文件头中记录wav文件中实际音频数据所占的大小，而 fileDataSize 从代码中可以看出是在读取完文件头，后面数据的大小，而文件头后的数据也就是实际的音频数据，看文件一、文件二和文件五中 nDataLength 和 fileDataSize这两个值并不相等，目前猜测可能是由于扩展信息的原因，从文件三和文件四中我们看到这两个值是相等的，而且文件三和文件四并不包含扩展信息，但是也不能完全断定，还需继续研究，进一步得到确切的论证。

尾

我在刚开始解析wav文件时都是按照wav文件的标准格式（即不包含扩展信息和 Fact块）去解析头信息，而测试的wav文件都是用上一篇文章中通过QAudioInput 类生成 .raw文件再转成 .wav文件，而自己生成的.wav文件的文件头都是自己添加的，而且不包含扩展信息和 Fact块，所以用代码解析过程中并没有遇到问题，后来用了网上下载的一些.wav文件，发现解析出了问题。

回到上图中，文件三和文件四为标准的wav格式，所以解析没有问题，而文件一和文件二包含了扩展信息和 Fact块，导致解析出现了问题，这里我通过判断了nFmtLength 的长度是否为18得出是否包含扩展信息，而此时我只是读了两个字节的扩展域大小，对于文件一和文件二中不包含扩展域信息数据是没有问题的，下面我又判断下面的字段是否是”fact”得出是否包含Fact块，好了文件一和文件二解析数据也都正确，这下我以为已经成功了。

接着，我又试了文件五，发现nFmtLength这个字段值为 50 ，除去扩展域大小（2个字节）发现多出了32（ = 50 - 16 - 2 ）字节，而nAppendMessage 的值也是32，经过分析这多出的 32 字节数据即为扩展域信息数据。后面在通过 nFmtLength >= 18 来得出是否包含扩展域大小，再通过nFmtLength - 18 > 0 来得出是否包含扩展域信息数据（其实这里也可以通过nAppendMessage的值来判断，具体代码中也给出了详细的注释）。

以上是我写这篇文章时所尽经历的整个过程，本以为解析过程很简单，但是真正去做时却遇到了各种问题，这也是缺乏对wav文件格式的认知。整篇文章的内容以及代码也是经过了反复修改，通过对wav文件头的解析也让我对wav文件有了进一步的认识，同时也发现了之前的文章 Qt 之 WAV文件解析一文中的一些错误，我也做了进一步的修改。

文章文字叙述较多，详细地讲解了解析过程中遇到的问题以及解决办法。整篇文章也是花了很长时间来完成，希望读者能够认真仔细看完（不过看之前最好看一下 Qt 之 WAV文件解析这篇文章），也希望能够多多支持。我相信看完后对wav文件就应该有了一定的认识，对后面如何处理wav文件就好办多了。后面会继续讲述Qt音频处理相关的知识。同时在写这篇博客时发现了给char 数组赋值时遇到的一些问题，后面也将会单独对这些问题进行论述，敬请期待。