視音頻數(shù)據(jù)處理入門：PCM音頻采樣數(shù)據(jù)處理

本文分別介紹如下幾個(gè)PCM音頻采樣數(shù)據(jù)處理函數(shù)：
分離PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的左聲道和右聲道
將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)中左聲道的音量降一半
將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的聲音速度提高一倍
將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PCM8音頻采樣數(shù)據(jù)
從PCM16LE單聲道音頻采樣數(shù)據(jù)中截取一部分?jǐn)?shù)據(jù)
將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為WAVE格式音頻數(shù)據(jù)
音頻采樣數(shù)據(jù)在視頻播放器的解碼流程中的位置如下圖所示凭迹。

函數(shù)列表

（1）分離PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的左聲道和右聲道

本程序中的函數(shù)可以將PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)中左聲道和右聲道的數(shù)據(jù)分離成兩個(gè)文件罚屋。函數(shù)的代碼如下所示。

/** 
 * Split Left and Right channel of 16LE PCM file. 
 * @param url  Location of PCM file. 
 * 
 */  
int simplest_pcm16le_split(char *url){  
    FILE *fp=fopen(url,"rb+");  
    FILE *fp1=fopen("output_l.pcm","wb+");  
    FILE *fp2=fopen("output_r.pcm","wb+");  
  
    unsigned char *sample=(unsigned 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;  
}

從代碼可以看出嗅绸，PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)中左聲道和右聲道的采樣值是間隔存儲(chǔ)的脾猛。每個(gè)采樣值占用2Byte空間。代碼運(yùn)行后鱼鸠，會(huì)把NocturneNo2inEflat_44.1k_s16le.pcm的PCM16LE格式的數(shù)據(jù)分離為兩個(gè)單聲道數(shù)據(jù)：
output_l.pcm：左聲道數(shù)據(jù)猛拴。
output_r.pcm：右聲道數(shù)據(jù)。
注：本文中聲音樣值的采樣頻率一律是44100Hz蚀狰，采樣格式一律為16LE愉昆。“16”代表采樣位數(shù)是16bit麻蹋。由于1Byte=8bit跛溉，所以一個(gè)聲道的一個(gè)采樣值占用2Byte“缡冢“LE”代表Little Endian芳室，代表2 Byte采樣值的存儲(chǔ)方式為高位存在高地址中。

下圖為輸入的雙聲道PCM數(shù)據(jù)的波形圖刹勃。上面的波形圖是左聲道的圖形堪侯，下面的波形圖是右聲道的波形。圖中的橫坐標(biāo)是時(shí)間荔仁，總長(zhǎng)度為22秒伍宦；縱坐標(biāo)是取樣值，取值范圍從-32768到32767乏梁。

下圖為分離后左聲道數(shù)據(jù)output_l.pcm的音頻波形圖

下圖為分離后右聲道數(shù)據(jù)output_r.pcm的音頻波形圖次洼。

(2)將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)中左聲道的音量降一半

本程序中的函數(shù)可以將PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)中左聲道的音量降低一半。函數(shù)的代碼如下所示掌呜。

/** 
 * Halve volume of Left channel of 16LE PCM file 
 * @param url  Location of PCM file. 
 */  
int simplest_pcm16le_halfvolumeleft(char *url){  
    FILE *fp=fopen(url,"rb+");  
    FILE *fp1=fopen("output_halfleft.pcm","wb+");  
  
    int cnt=0;  
  
    unsigned char *sample=(unsigned char *)malloc(4);  
  
    while(!feof(fp)){  
        short *samplenum=NULL;  
        fread(sample,1,4,fp);  
  
        samplenum=(short *)sample;  
        *samplenum=*samplenum/2;  
        //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;  
}  ```
從源代碼可以看出滓玖，本程序在讀出左聲道的2 Byte的取樣值之后，將其當(dāng)成了C語(yǔ)言中的一個(gè)short類型的變量质蕉。將該數(shù)值除以2之后寫回到了PCM文件中势篡。下圖為輸入PCM雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的波形圖。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-6382c5d44c64aca1?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
下圖為輸出的左聲道經(jīng)過(guò)處理后的波形圖模暗“追郏可以看出左聲道的波形幅度降低了一半博个。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-4e552704d071d613?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
#####（3）將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的聲音速度提高一倍
本程序中的函數(shù)可以通過(guò)抽象的方式將PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)的速度提高一倍三幻。函數(shù)的代碼如下所示邢隧。

/**

Re-sample to double the speed of 16LE PCM file
@param url Location of PCM file.
*/
int simplest_pcm16le_doublespeed(char *url){
FILE *fp=fopen(url,"rb+");
FILE *fp1=fopen("output_doublespeed.pcm","wb+");

int cnt=0;

unsigned char *sample=(unsigned char *)malloc(4);

while(!feof(fp)){
```
 fread(sample,1,4,fp);  

 if(cnt%2!=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;
}

從源代碼可以看出，本程序只采樣了每個(gè)聲道奇數(shù)點(diǎn)的樣值。處理完成后瓷产，原本22秒左右的音頻變成了11秒左右站玄。音頻的播放速度提高了2倍，音頻的音調(diào)也變高了很多濒旦。下圖為輸入PCM雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的波形圖株旷。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-b9d29dfc82a27d86?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
下圖為輸出的PCM雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的波形圖。通過(guò)時(shí)間軸可以看出音頻變短了很多尔邓。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-d4c42fbff196fc22?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
#####（4）將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PCM8音頻采樣數(shù)據(jù)
本程序中的函數(shù)可以通過(guò)計(jì)算的方式將PCM16LE雙聲道數(shù)據(jù)16bit的采樣位數(shù)轉(zhuǎn)換為8bit晾剖。函數(shù)的代碼如下所示。

/**

Convert PCM-16 data to PCM-8 data.

@param url Location of PCM file.
*/
int simplest_pcm16le_to_pcm8(char *url){
FILE *fp=fopen(url,"rb+");
FILE *fp1=fopen("output_8.pcm","wb+");

int cnt=0;

unsigned char *sample=(unsigned char *)malloc(4);

while(!feof(fp)){

 short *samplenum16=NULL;  
 char samplenum8=0;  
 unsigned char samplenum8_u=0;  
 fread(sample,1,4,fp);  
 //(-32768-32767)  
 samplenum16=(short *)sample;  
 samplenum8=(*samplenum16)>>8;  
 //(0-255)  
 samplenum8_u=samplenum8+128;  
 //L  
 fwrite(&samplenum8_u,1,1,fp1);  

 samplenum16=(short *)(sample+2);  
 samplenum8=(*samplenum16)>>8;  
 samplenum8_u=samplenum8+128;  
 //R  
 fwrite(&samplenum8_u,1,1,fp1);  
 cnt++;

}
printf("Sample Cnt:%d\n",cnt);

free(sample);
fclose(fp);
fclose(fp1);
return 0;
}

PCM16LE格式的采樣數(shù)據(jù)的取值范圍是-32768到32767梯嗽，而PCM8格式的采樣數(shù)據(jù)的取值范圍是0到255齿尽。所以PCM16LE轉(zhuǎn)換到PCM8需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：第一步是將-32768到32767的16bit有符號(hào)數(shù)值轉(zhuǎn)換為-128到127的8bit有符號(hào)數(shù)值，第二步是將-128到127的8bit有符號(hào)數(shù)值轉(zhuǎn)換為0到255的8bit無(wú)符號(hào)數(shù)值灯节。在本程序中循头，16bit采樣數(shù)據(jù)是通過(guò)short類型變量存儲(chǔ)的，而8bit采樣數(shù)據(jù)是通過(guò)unsigned char類型存儲(chǔ)的显晶。下圖為輸入的16bit的PCM雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的波形圖贷岸。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-d5beb4103db842a7?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
下圖為輸出的8bit的PCM雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的波形圖。注意觀察圖中縱坐標(biāo)的取值范圍已經(jīng)變?yōu)?至255磷雇。如果仔細(xì)聆聽聲音的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)8bit PCM的音質(zhì)明顯不如16 bit PCM的音質(zhì)躏救。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-13a57156fc3d59d8?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
#####（5）將從PCM16LE單聲道音頻采樣數(shù)據(jù)中截取一部分?jǐn)?shù)據(jù)
本程序中的函數(shù)可以從PCM16LE單聲道數(shù)據(jù)中截取一段數(shù)據(jù)唯笙，并輸出截取數(shù)據(jù)的樣值。函數(shù)的代碼如下所示盒使。

/**

Cut a 16LE PCM single channel file.
@param url Location of PCM file.
@param start_num start point
@param dur_num how much point to cut
*/
int simplest_pcm16le_cut_singlechannel(char *url,int start_num,int dur_num){
FILE *fp=fopen(url,"rb+");
FILE *fp1=fopen("output_cut.pcm","wb+");
FILE *fp_stat=fopen("output_cut.txt","wb+");

unsigned char *sample=(unsigned char *)malloc(2);

int cnt=0;
while(!feof(fp)){
fread(sample,1,2,fp);
if(cnt>start_num&&cnt<=(start_num+dur_num)){
fwrite(sample,1,2,fp1);
```
     short samplenum=sample[1];  
     samplenum=samplenum*256;  
     samplenum=samplenum+sample[0];  

     fprintf(fp_stat,"%6d,",samplenum);  
     if(cnt%10==0)  
         fprintf(fp_stat,"\n",samplenum);  
 }  
 cnt++;  
```
}

free(sample);
fclose(fp);
fclose(fp1);
fclose(fp_stat);
return 0;
}

本程序可以從PCM數(shù)據(jù)中選取一段采樣值保存下來(lái)崩掘，并且輸出這些采樣值的數(shù)值。上述代碼運(yùn)行后少办，會(huì)把單聲道PCM16LE格式的“drum.pcm”中從2360點(diǎn)開始的120點(diǎn)的數(shù)據(jù)保存成output_cut.pcm文件苞慢。下圖為“drum.pcm”的波形圖，該音頻采樣頻率為44100KHz英妓，長(zhǎng)度為0.5秒挽放，一共包含約22050個(gè)采樣點(diǎn)。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-7ba1f211f996b420?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
下圖為截取出來(lái)的output_cut.pcm文件中的數(shù)據(jù)蔓纠。
![](http://upload-images.jianshu.io/upload_images/2280430-08a1d82ab00491d5?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
下面列出了上述數(shù)據(jù)的采樣值辑畦。
[plain] view plain copy 在CODE上查看代碼片派生到我的代碼片

4460, 5192, 5956, 6680, 7199, 6706, 5727, 4481, 3261, 1993,
1264, 747, 767, 752, 1248, 1975, 2473, 2955, 2952, 2447,
974, -1267, -4000, -6965,-10210,-13414,-16639,-19363,-21329,-22541,
23028,-22545,-21055,-19067,-16829,-14859,-12596, -9900, -6684, -3475,
-983, 1733, 3978, 5734, 6720, 6978, 6993, 7223, 7225, 7440,
7688, 8431, 8944, 9468, 9947, 10688, 11194, 11946, 12449, 12446,
12456, 11974, 11454, 10952, 10167, 9425, 8153, 6941, 5436, 3716,
1952, 236, -1254, -2463, -3493, -4223, -4695, -4927, -5190, -4941,
-4188, -2956, -1490, -40, 705, 932, 446, -776, -2512, -3994,
-5723, -7201, -8687,-10157,-11134,-11661,-11642,-11168,-10155, -9142,
-7888, -7146, -6186, -5694, -4971, -4715, -4498, -4471, -4468, -4452,
-4452, -3940, -2980, -1984, -752, 257, 1021, 1264, 1032, 31,

#####（6）將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為WAVE格式音頻數(shù)據(jù)
WAVE格式音頻（擴(kuò)展名為“.wav”）是Windows系統(tǒng)中最常見的一種音頻。該格式的實(shí)質(zhì)就是在PCM文件的前面加了一個(gè)文件頭腿倚。本程序的函數(shù)就可以通過(guò)在PCM文件前面加一個(gè)WAVE文件頭從而封裝為WAVE格式音頻纯出。函數(shù)的代碼如下所示。

/**

Convert PCM16LE raw data to WAVE format
@param pcmpath Input PCM file.
@param channels Channel number of PCM file.
@param sample_rate Sample rate of PCM file.
@param wavepath Output WAVE file.
*/
int simplest_pcm16le_to_wave(const char *pcmpath,int channels,int sample_rate,const char *wavepath)
{

typedef struct WAVE_HEADER{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
char fccType[4];
}WAVE_HEADER;

typedef struct WAVE_FMT{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
unsigned short wFormatTag;
unsigned short wChannels;
unsigned long dwSamplesPerSec;
unsigned long dwAvgBytesPerSec;
unsigned short wBlockAlign;
unsigned short uiBitsPerSample;
}WAVE_FMT;

typedef struct WAVE_DATA{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
}WAVE_DATA;

if(channels==0||sample_rate==0){  
channels = 2;  
sample_rate = 44100;  
}  
int bits = 16;  

WAVE_HEADER   pcmHEADER;    
WAVE_FMT   pcmFMT;    
WAVE_DATA   pcmDATA;    

unsigned   short   m_pcmData;  
FILE   *fp,*fpout;    

fp=fopen(pcmpath, "rb");  
if(fp == NULL) {    
    printf("open pcm file error\n");  
    return -1;    
}  
fpout=fopen(wavepath,   "wb+");  
if(fpout == NULL) {      
    printf("create wav file error\n");    
    return -1;   
}          
//WAVE_HEADER  
memcpy(pcmHEADER.fccID,"RIFF",strlen("RIFF"));                      
memcpy(pcmHEADER.fccType,"WAVE",strlen("WAVE"));    
fseek(fpout,sizeof(WAVE_HEADER),1);   
//WAVE_FMT  
pcmFMT.dwSamplesPerSec=sample_rate;    
pcmFMT.dwAvgBytesPerSec=pcmFMT.dwSamplesPerSec*sizeof(m_pcmData);    
pcmFMT.uiBitsPerSample=bits;  
memcpy(pcmFMT.fccID,"fmt ",strlen("fmt "));    
pcmFMT.dwSize=16;    
pcmFMT.wBlockAlign=2;    
pcmFMT.wChannels=channels;    
pcmFMT.wFormatTag=1;    

fwrite(&pcmFMT,sizeof(WAVE_FMT),1,fpout);   

//WAVE_DATA;  
memcpy(pcmDATA.fccID,"data",strlen("data"));    
pcmDATA.dwSize=0;  
fseek(fpout,sizeof(WAVE_DATA),SEEK_CUR);  

fread(&m_pcmData,sizeof(unsigned short),1,fp);  
while(!feof(fp)){    
    pcmDATA.dwSize+=2;  
    fwrite(&m_pcmData,sizeof(unsigned short),1,fpout);  
    fread(&m_pcmData,sizeof(unsigned short),1,fp);  
}    

pcmHEADER.dwSize=44+pcmDATA.dwSize;  

rewind(fpout);  
fwrite(&pcmHEADER,sizeof(WAVE_HEADER),1,fpout);  
fseek(fpout,sizeof(WAVE_FMT),SEEK_CUR);  
fwrite(&pcmDATA,sizeof(WAVE_DATA),1,fpout);  
  
fclose(fp);  
fclose(fpout);  

return 0;

}

WAVE文件是一種RIFF格式的文件。其基本塊名稱是“WAVE”暂筝，其中包含了兩個(gè)子塊“fmt”和“data”箩言。從編程的角度簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是由WAVE_HEADER、WAVE_FMT焕襟、WAVE_DATA陨收、采樣數(shù)據(jù)共4個(gè)部分組成。它的結(jié)構(gòu)如下所示胧洒。
WAVE_HEADER
WAVE_FMT
WAVE_DATA
PCM數(shù)據(jù)

其中前3部分的結(jié)構(gòu)如下所示畏吓。在寫入WAVE文件頭的時(shí)候給其中的每個(gè)字段賦上合適的值就可以了。但是有一點(diǎn)需要注意：WAVE_HEADER和WAVE_DATA中包含了一個(gè)文件長(zhǎng)度信息的dwSize字段卫漫，該字段的值必須在寫入完音頻采樣數(shù)據(jù)之后才能獲得菲饼。因此這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體最后才寫入WAVE文件中

typedef struct WAVE_HEADER{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
char fccType[4];
}WAVE_HEADER;

typedef struct WAVE_FMT{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
unsigned short wFormatTag;
unsigned short wChannels;
unsigned long dwSamplesPerSec;
unsigned long dwAvgBytesPerSec;
unsigned short wBlockAlign;
unsigned short uiBitsPerSample;
}WAVE_FMT;

typedef struct WAVE_DATA{
char fccID[4];
unsigned long dwSize;
}WAVE_DATA;

本程序的函數(shù)執(zhí)行完成后，就可將NocturneNo2inEflat_44.1k_s16le.pcm文件封裝成output_nocturne.wav文件列赎。

最后編輯于：2017.12.03 08:35:50

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萬(wàn)榮殺人案實(shí)錄
序言：老撾萬(wàn)榮一對(duì)情侶失蹤蚤假，失蹤者是張志新（化名）和其女友劉穎栏饮，沒想到半個(gè)月后，有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體磷仰，經(jīng)...
沈念sama閱讀 46,286評(píng)論 1贊 318
?護(hù)林員之死
正文獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡袍嬉，尸身上長(zhǎng)有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛以下內(nèi)容為張勛視角年9月15日...
茶點(diǎn)故事閱讀 38,375評(píng)論 3贊 340
?白月光啟示錄
正文我和宋清朗相戀三年，在試婚紗的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己被綠了灶平。大學(xué)時(shí)的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片冬竟。...
茶點(diǎn)故事閱讀 40,505評(píng)論 1贊 352
活死人
序言：一個(gè)原本活蹦亂跳的男人離奇死亡，死狀恐怖民逼，靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出，到底是詐尸還是另有隱情涮帘，我是刑警寧澤拼苍，帶...
沈念sama閱讀 36,185評(píng)論 5贊 350
?日本核電站爆炸內(nèi)幕
正文年R本政府宣布，位于F島的核電站调缨，受9級(jí)特大地震影響疮鲫，放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏。R本人自食惡果不足惜弦叶，卻給世界環(huán)境...
茶點(diǎn)故事閱讀 41,873評(píng)論 3贊 333
男人毒藥：我在死后第九天來(lái)索命
文/蒙蒙一俊犯、第九天我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望。院中可真熱鬧伤哺，春花似錦燕侠、人聲如沸者祖。這莊子的主人今日做“春日...
開封第一講書人閱讀 32,357評(píng)論 0贊 24
一樁弒父案绢彤，背后竟有這般陰謀
文/蒼蘭香墨我抬頭看了看天上的太陽(yáng)七问。三九已至，卻和暖如春茫舶，著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間，已是汗流浹背饶氏。一陣腳步聲響...
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情欲美人皮
我被黑心中介騙來(lái)泰國(guó)打工疹启，沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留古程，地道東北人。一個(gè)月前我還...
沈念sama閱讀 48,921評(píng)論 3贊 376
代替公主和親
正文我出身青樓皮仁，卻偏偏與公主長(zhǎng)得像籍琳，于是被迫代替她去往敵國(guó)和親贷祈。傳聞我的和親對(duì)象是個(gè)殘疾皇子，可洞房花燭夜當(dāng)晚...
茶點(diǎn)故事閱讀 45,515評(píng)論 2贊 359

視音頻數(shù)據(jù)處理入門：PCM音頻采樣數(shù)據(jù)處理

函數(shù)列表

（1）分離PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)的左聲道和右聲道

(2)將PCM16LE雙聲道音頻采樣數(shù)據(jù)中左聲道的音量降一半

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