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一文帶你深入了解C++中音頻PCM數(shù)據(jù)_C 語言

作者：很久沒安靜的回憶了 ? 更新時間： 2023-04-24 編程語言

PCM(Pulse Code Modulation)也被稱為脈沖編碼調(diào)制，是數(shù)字通信的編碼方式之一。PCM中的聲音數(shù)據(jù)沒有被壓縮，它將輸入的模擬信號進行采樣、量化和編碼，用二進制進行編碼的數(shù)來代表模擬信號的幅度，即標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。

采樣轉(zhuǎn)換方式參考下圖進行了解：

采樣率

采樣率表示音頻信號每秒的數(shù)字快照數(shù)。該速率決定了音頻文件的頻率范圍。采樣率越高，數(shù)字波形的形狀越接近原始模擬波形。低采樣率會限制可錄制的頻率范圍，這可導(dǎo)致錄音表現(xiàn)原始聲音的效果不佳。一般數(shù)字音頻常用的采樣率電話頻率8kHz、CD頻率44.1kHz、DVD頻率48kHz。

位深度

位深度決定動態(tài)范圍。采樣聲波時，為每個采樣指定最接近原始聲波振幅的振幅值。較高的位深度可提供更多可能的振幅值，產(chǎn)生更大的動態(tài)范圍、更低的噪聲基準(zhǔn)和更高的保真度。普通的CD是16-bit。

通道

通道個數(shù)。常見的音頻有立體聲(stereo)和單聲道(mono)兩種類型，立體聲包含左聲道和右聲道。另外還有環(huán)繞立體聲等其它不太常用的類型。

Sign

表示樣本數(shù)據(jù)是否是有符號位，比如用一字節(jié)表示的樣本數(shù)據(jù)，有符號的話表示范圍為-128 ~ 127，無符號是0 ~ 255。

字節(jié)序

字節(jié)序是little-endian還是big-endian。通常均為little-endian

PCM信號的兩個重要指標(biāo)是采樣頻率和量化精度，當(dāng)在播放音樂時，應(yīng)用程序從存儲介質(zhì)中讀取音頻數(shù)據(jù)（MP3、WMA、AAC等），經(jīng)過解碼后，最終送到音頻驅(qū)動程序中的就是PCM數(shù)據(jù)，反過來，在錄音時，音頻驅(qū)動不停地把采樣所得的PCM數(shù)據(jù)送回給應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序完成壓縮、存儲等任務(wù)。下面我們展開介紹下PCM音頻的存儲及操作

PCM音頻數(shù)據(jù)存儲方式

如果是單聲道的音頻文件，采樣數(shù)據(jù)按時間的先后順序依次存入（有的時候也會采用LRLRLR方式存儲，只是另一個聲道的數(shù)據(jù)為0），如果是雙聲道的話就按照LRLRLR的方式存儲，存儲的時候與字節(jié)序有關(guān)。

big-endian模式如下圖所示：

PCM開發(fā)實戰(zhàn)

分離雙聲道PCM音頻數(shù)據(jù)左右聲道的數(shù)據(jù)

按照雙聲道的LRLRLR的PCM音頻數(shù)據(jù)可以通過將它們交叉的讀出來的方式來分離左右聲道的數(shù)據(jù)。

int pcm_s16le_split(const char* file, const char* out_lfile, const char* out_rfile) {
     FILE *fp = fopen(file, "rb+");
     if (fp == NULL) {
         printf("open %s failed\n", file);
         return -1;
     }
     FILE *fp1 = fopen(out_lfile, "wb+");
     if (fp1 == NULL) {
         printf("open %s failed\n", out_lfile);
         return -1;
     }
     FILE *fp2 = fopen(out_rfile, "wb+");
     if (fp2 == NULL) {
         printf("open %s failed\n", out_rfile);
         return -1;
     }
     char * sample = (char *)malloc(4);
     while(!feof(fp)) {
         fread(sample, 1, 4, fp);
         //L
         fwrite(sample, 1, 2, fp1);
         //R
         fwrite(sample + 2, 1, 2, fp2);
     }
     free(sample);
     fclose(fp);
     fclose(fp1);
     fclose(fp2);
     return 0;
 }

PCM降低某個聲道的音量

一般來說 PCM 數(shù)據(jù)中的波形幅值越大，代表音量越大，對于 PCM 音頻數(shù)據(jù)而言，它的幅值（即該采樣點采樣值的大?。┐硪袅康拇笮?。如果我們需要降低某個聲道的音量，可以通過減小某個聲道的數(shù)據(jù)的值來實現(xiàn)降低某個聲道的音量。

int pcm16le_half_volume_left( char *url ) {
    FILE *fp_in = fopen( url, "rb+" );
    if (fp_in == NULL) {
         printf("open %s failed\n", infile);
         return -1;
     }
    FILE *fp_out = fopen( "output_half_left.pcm", "wb+" );
    if (fp_out == NULL) {
         printf("open %s failed\n", outfile);
         return -1;
     }
    unsigned char *sample = ( unsigned char * )malloc(4); // 一次讀取一個sample，因為是2聲道，所以是4字節(jié) 
    while ( !feof( fp_in ) ){
        fread( sample, 1, 4, fp_in );
        short* sample_num = ( short* )sample; // 轉(zhuǎn)成左右聲道兩個short數(shù)據(jù)
        *sample_num = *sample_num / 2; // 左聲道數(shù)據(jù)減半
        fwrite( sample, 1, 2, fp_out ); // L
        fwrite( sample + 2, 1, 2, fp_out ); // R
    }
    free( sample );
    fclose( fp_in );
    fclose( fp_out );
    return 0;
}

上述程序做的事情是：在讀出左聲道的 2 Byte 的取樣值之后，將其轉(zhuǎn)成了 C 語言中的一個 short 類型的變量。將該數(shù)值除以 2 之后寫回到了 PCM 文件中。?

將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的聲音速度提高一倍

下面函數(shù)可以通過抽象的方式將PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)的速度提高一倍，采樣左右聲道按奇(偶)數(shù)點的樣值的方式，函數(shù)的代碼如下所示：

int simplest_pcm16le_doublespeed(char *url){
    FILE *fp=fopen(url,"rb+");
    if (fp == NULL) {
         printf("open %s failed\n", file);
         return -1;
     }
    FILE *fp1=fopen("output_doublespeed.pcm","wb+");
    if (fp1 == NULL) {
         printf("open %s failed\n", outFile);
         return -1;
     }
    int cnt=0;
 
    unsigned char *sample=(unsigned char *)malloc(4);
 
    while(!feof(fp)){
 
        fread(sample,1,4,fp);
 
        if(cnt&1!=0){
            //L
            fwrite(sample,1,2,fp1);
            //R
            fwrite(sample+2,1,2,fp1);
        }
        cnt++;
    }
    printf("Sample Cnt:%d\n",cnt);
 
    free(sample);
    fclose(fp);
    fclose(fp1);
    return 0;
}

原文鏈接：https://blog.csdn.net/jh1988abc/article/details/122714920

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