WAV文件C++分析与显示

预备知识：

WAV格式说明：http://baike.baidu.com/view/8033.htm

总体思路：分别建立与WAV格式相对应的类：

 

 

struct RIFF_HEADER 
{ 
    char szRiffID[4]; 
    DWORD dwRiffSize; 
    char szRiffFormat[4];  
}; 
 
struct WAVE_FORMAT 
{ 
    WORD wFormatTag; 
    WORD wChannels; 
    DWORD dwSamplesPerSec; 
    DWORD dwAvgBytesPerSec; 
    WORD wBlockAlign; 
    WORD wBitsPerSample; 
}; 
struct FMT_BLOCK 
{ 
    char szFmtID[4];  
    DWORD dwFmtSize; 
    WAVE_FORMAT wavFormat; 
}; 
 
struct FACT_BLOCK 
{ 
    char szFmtID[4]; 
    DWORD dwFactSize; 
    DWORD dwFactData; 
}; 
 
 struct DATA_BLOCK 
 { 
  char szDataID[4]; // 'd','a','t','a'  
  DWORD dwDataSize; 
 }; 
 
 
 struct SOUND_DATA 
 { 
     int channel; 
     int BitsPerSample; 
     std::vector<unsigned short> leftChannelData; 
     std::vector<unsigned short> rightChannelData; 
 }; 
 
class WaveHeader 
{ 
private: 
    char* fileName; 
    long pos; 
    SOUND_DATA sound; 
    RIFF_HEADER * header; 
    FMT_BLOCK * format; 
    FACT_BLOCK * fact; 
    DATA_BLOCK * data; 
    long f;             //频率 
     
public: 
    WaveHeader(char a[],int len); 
    bool init(); 
    void InitSoundData(); 
 
    long getFileSize(); 
    short getChannels(); 
    long getSamplesPerSec(); 
    long getAvgBytesPerSec(); 
    short getBlockAlign();  //每采样需要字节数 
    short getBitsPerSample();  //每个采样的bit数 
    bool isThereFact(); 
    long getDataSize(); 
    SOUND_DATA &getSoundData(); 
    long getF(); 
}; 

其中最重要的结构体是WaveHeader和SOUND_DATA;

它们的作用分别是：

  WaveHeader是用来保存WAV文件的头部信息，包括，采样率，采样位数，大小，等等。但不保存真正的数据。就像IP协议里的头部，与数据部分是独立的。而保存数据的是SOUND_DATA.

我们来看下SOUND_DATA的结构

1. struct SOUND_DATA 
2.  { 
3.      int channel; 
4.      int BitsPerSample; 
5.      std::vector<unsigned short> leftChannelData; 
6.      std::vector<unsigned short> rightChannelData; 
7.  }; 

在这个结构体里有两个向量，数据部分就是存放在向量中。因为有的声音是用双声道来采集的，故这里用两个向量来分别表示左右声道数据，这样分开它们，有利用理解和处理。

大体的结构看完了，也就对WAV文件的读取有了大体的轮廓，下面，程序所要实现的功能其实大体和WaveHeader结构体所提供的方法有关系。

我们来分析这些功能方法和实现它们的步骤：

1. class WaveHeader 
2. { 
3. private: 
4.     char* fileName; 
5. //WAV文件名
6.     long pos; 
7. // 这个变量说明一下，它是用来保存WAV文件的头部分结束时的字节数，即头部分的大小的。
8. // 这样可以定位数据的开始从而可以对SOUND_DATA进行初始化。
9.     SOUND_DATA sound; 
10. //保存声音数据
11.     RIFF_HEADER * header; 
12.     FMT_BLOCK * format; 
13.     FACT_BLOCK * fact; 
14.     DATA_BLOCK * data; 
15. //以上4个为WAV文件头部的内容。

1.     long f;             //频率
2. public: 
3.     WaveHeader(char a[],int len); 
4.     bool init(); 
5. /* {这个方法是最程序最核心的部分了，其实功能很简单，就是为对变量部分进行初始化
6. 但只是对头部的内容进行了初始化。为方便显示用其它颜色字体代替，这样就不会找不到西了。
   
7. fstream in;
8. in.open(fileName,ios::binary|ios::in);
9. if(!in)
10. {
11. cout<<"OPEN FILE FAILED!!!"<<endl;
12. return false; }

1. //读进结构体中，进行初始化 in.read((char*)header,sizeof(RIFF_HEADER));
2. if(!(isCharsEqual(header->szRiffID,"RIFF",4)&&isCharsEqual(header->szRiffFormat,"WAVE",4)))
3. {
4. cout<<"NOT RIFF OR WAVE"<<endl;
5. return false;
6. }
7. in.read((char*)format,sizeof(FMT_BLOCK));
8. if(!isCharsEqual(format->szFmtID,"fmt",3))
9. {
10. cout<<"NOT Fmt !!"<<endl;
11. return false;
12. }
13. //判断是否有附加信息（2Bytes）
14. if(format->dwFmtSize==18)
15. {
16. in.get();
17. in.get();
18. }
19. int position=in.tellg(); //记录当前指针，如果没有fact则回读
20. in.read((char*)fact,sizeof(FACT_BLOCK));
21. if(!isCharsEqual(fact->szFmtID,"fact",4))
22. {
23. cout<<endl<<"No FAct"<<endl;
24. fact=NULL;
25. in.seekg(position);
26. }
27. cout<<"before data tellg()"<<in.tellg()<<endl;
28. in.read((char*)data,sizeof(DATA_BLOCK));
29. if(!isCharsEqual(data->szDataID,"data",4))
30. {
31. cout<<"NOT DATA"<<endl;
32. return false;
33. }
34. pos=in.tellg();
35. in.close();
36. return true;

1.     void InitSoundData();
2. /* 这里只实现了单声道的8位和16位的数据的读取，而又声道也是很简单的，可以自己
3. 添加里去*/
4. sound.channel=format->wavFormat.wChannels;
5. sound.BitsPerSample=format->wavFormat.wBitsPerSample;
6. fstream in;
7. in.open(fileName,ios::binary|ios::in);
8. if(!in)
9. cout<<"FAILED TO OPEN FILE!!!"<<endl;
10. in.seekg(pos);
11. unsigned char a=0,b=0;
12. if(sound.channel==1&&sound.BitsPerSample==8)
13. { while(!in.eof())
14. { a=in.get();
15. sound.leftChannelData.push_back(a);
16. } }
17. if(sound.channel==2&&sound.BitsPerSample==8)
18. { while(!in.eof())
19. {
20. a=in.get();
21. sound.leftChannelData.push_back(a);
22. b=in.get();
23. sound.leftChannelData.push_back(b);
24. } }
25. if(sound.channel==1&&sound.BitsPerSample==16)
26. {
27. unsigned short c=0;
28. while(!in.eof())
29. {
30. a=in.get();
31. b=in.get();
32. //这里不得不说明，数据为16位时，WAV文件的高8位在后，低8位在前，而且是以补码的形势
33. 存在，这样我们可以再还原出原码：如果为正，原码等于初码，如果为负，原码等于补码减一
34. 再取反。为了自己的方便，我是把数据全部用正来表示，相当于把零线上移至32768处。
35. if(b<128) //即原值为正数
36. {
37. c=b<<8;
38. c+=a;
39. c+=32767;// 因为原来是用正负来表示，现只用无符号数表示
40. } else
41. {
42. c=b<<8;
43. c+=a;
44. c=c-1;
45. c=~c;
46. c=c&0x7fff;
47. c=32767-c;
48. }
49. sound.leftChannelData.push_back(c);
50. }
51. } if(sound.channel==2&&sound.BitsPerSample==16)
52. { //可以参考单声道16位数据的做法。。。
53. }
54.     long getFileSize(); 
55. return (8+header->dwRiffSize);

1.     short getChannels(); 
2. return format->wavFormat.wChannels;
3.     long getSamplesPerSec(); 
4. return format->wavFormat.dwSamplesPerSec;
5.     long getAvgBytesPerSec(); 
6. return format->wavFormat.dwAvgBytesPerSec;
7.     short getBlockAlign();  //每采样需要字节数 
8. return format->wavFormat.wBlockAlign;
9.     short getBitsPerSample();  //每个采样的bit数 
10. return format->wavFormat.wBitsPerSample;
11.     bool isThereFact();
12. if(fact) return true; return false; 
13.     long getDataSize(); 
14. return data->dwDataSize;
15.     SOUND_DATA &getSoundData(); 
16. return sound;
17.     long getF(); 
18. //频率的确定这里有两个方法，一个为确定波形过中线的次数，再除以2即为波的个数
19. //另种方法是用两个值来确定 波峰和波谷的个数。从而得到波的个数
20. //最后用波个数除以所用的时间，即可以得到频率。
21. if(getSoundData().channel==2) return 0;
22. // 方法一： 根据过中间线来确定频率
23. /* double time=data->dwDataSize/format->wavFormat.dwSamplesPerSec;
24. cout<<endl<<endl<<"Time is:"<<time<<endl;
25. vector<unsigned short>::iterator it=getSoundData().leftChannelData.begin();
26. short beftmp; while(it!=getSoundData().leftChannelData.end())
27. { beftmp=*it; it++;
28. if((beftmp-128*getSoundData().BitsPerSample/8)*(*it-128*getSoundData().BitsPerSample/8)<0)
29. f++; } return f/time/2; */
30. 方法二： //根据波峰来确定频率
31. double time=(double)getDataSize()/getAvgBytesPerSec();;
32. vector<unsigned short>::iterator it=getSoundData().leftChannelData.begin();
33. unsigned short beftmp;
34. bool flag=true;
35. int deleteNum=0;
36. it=getSoundData().leftChannelData.begin();
37. int firstPos=0;
38. while(it!=getSoundData().leftChannelData.end())
39. {
40. it++;
41. if((32768-330<*it)&&(*it<(32768+330)))
42. {*it=32768;
43. firstPos+=1;
44. }
45. else
46. {
47. break;
48. }
49. }
50. it=getSoundData().leftChannelData.begin();
51. int lastPos=0; int tmpNum=0;
52. while(it!=getSoundData().leftChannelData.end())
53. {
54. tmpNum++;
55. if((32768-330>*it)||(*it>(32768+330)))
56. lastPos=tmpNum;
57. it++;
58. }
59. it=getSoundData().leftChannelData.begin();
60. it+=firstPos;
    
61. beftmp=0;
62. for(int i=firstPos;i<lastPos;i++)
63. {
64. beftmp=*it;
65. it++;
66. if((*it<beftmp&&flag)||(*it>beftmp&&!flag))
67. {
68. f++;
69. flag=!flag;
70. }
71. if(*it<beftmp)
72. flag=true;


73. else


74. flag=false;


75. }
76. time=(double)(lastPos-firstPos)/this->getSamplesPerSec();
77. return f/time/2;

1. }; 
附带方法，工具用：

bool isCharsEqual(char* a,char*b,int len)

{ for(int i=0;i<len;i++)

{ if(a[i]!=b[i])

return false;

}

return true;

}