pcmu音频文件 —— 声音调节

前言（pcmu音频基础知识）：

声音的本质是一种能量波，由振动而产生的能量波，通过传输介质传输出去。声音有三个属性：

音调：声音频率的高低叫做音调(Pitch),是声音的三个主要的主观属性,即音量(响度)、音调、音色(也称音品) 之一。表示人的听觉分辨一个声音的调子高低的程度。音调主要由声音的频率决定,同时也与声音强度有关

音量：人主观上感觉声音的大小（俗称音量），由“振幅”（amplitude）和人离声源的距离决定，振幅越大响度越大，人和声源的距离越小，响度越大。（单位：分贝dB）

音色：又称声音的品质，波形决定了声音的音色。声音因不同物体材料的特性而具有不同特性，音色本身是一种抽象的东西，但波形是把这个抽象直观的表现。音色不同，波形则不同。典型的音色波形有方波，锯齿波，正弦波，脉冲波等。不同的音色，通过波形，完全可以分辨的。
　　波长是决定音调高低；振幅是决定音量高低；波纹是决定音色

      即：调节pcmu音频的声音大小 —— 调节其振幅。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_28581781/article/details/108569819

 

另外，可参考：https://blog.csdn.net/yinshipin007/article/details/124044344 —— 音视频开发系列（2）PCM音量控制（高级篇）

 以及同系列：https://blog.csdn.net/yinshipin007/article/details/124040585?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522166233887616782414980199%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=166233887616782414980199&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-25-124040585-null-null.nonecase&utm_term=%E9%9F%B3%E8%A7%86%E9%A2%91%E5%BC%80%E5%8F%91%E7%B3%BB%E5%88%97&spm=1018.2226.3001.4450 ——  音视频开发系列（1）开发什么是PCM

（作者：音视频开发老马 --- 音频开发系列 ---https://so.csdn.net/so/search?q=%E9%9F%B3%E8%A7%86%E9%A2%91%E5%BC%80%E5%8F%91%E7%B3%BB%E5%88%97&t=blog&u=yinshipin007）

方法1（使用）：

原文链接：https://blog.csdn.net/Ivy9808/article/details/123669609 —— 基于C的PCM音频数据的读取、处理与写入（一）

通过更改volume_adjust实现音量的调节，调节后的数据写入到另一PCM中，通过ocenaudio，可查看其幅值，以作验证。

//PCM音频文件，采样率16KHZ，分辨率16位，读取文件并调节音量即幅值后另存到另一PCM文件中。
代码如下：

//PCM音频文件，采样率16KHZ，分辨率16位，读取文件并调节音量即幅值后另存到另一PCM文件中。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{   
const short MAX_VOL_S16_N = 32768;   //16Bit满量程转换
const short MAX_VOL_S16_P = 32767;
//打开文件，读取，操作，并存入另一文件
    short in_data;
    short out_data;
    float in_data_f;
    float out_data_f;
    float volume_adjust=0;

    FILE *fp_in = fopen("file.pcm","rb");  //r是打开文本文件，rb是打开二进制文件
    FILE *fp_out=fopen("out.pcm","wb+");  //pcm文件是模拟音频信号经过数模转换后直接形成的二进制序列。这是一种十分罕见的音频文件格式。

    printf("请输入音量调节系数：");
    scanf("%f",&volume_adjust);
   
    while(!feof(fp_in))   //当文件不是文件尾时均执行后续代码
    {
         fread(&in_data,2,1,fp_in);
         
         if(in_data>=0)
         {
             in_data_f=(float)in_data/MAX_VOL_S16_P;
         }
         else
         {
         
             in_data_f=(float)-1*in_data/MAX_VOL_S16_N;
         }
        // printf("%f\n",in_data_f);
         
         out_data_f= in_data_f*volume_adjust; 
      
        if(out_data_f>=0)
            {
                out_data=(short)(out_data_f*MAX_VOL_S16_P);
             }
        else
            {
                out_data=(short)(-1*out_data_f*MAX_VOL_S16_N);
            }
     if(out_data>32767)
        {
            out_data = 32767;
        }
      else if(out_data<-32768)
        {
            out_data = -32768;
        }
      else
      {
          out_data = out_data;
      }
        //printf("%d",out_data);

        fwrite(&out_data,2,1,fp_out);
         printf("%d\t%f\t%d\t%f\t%f\n",in_data,in_data_f,out_data,out_data_f,volume_adjust);
     }   
    fclose(fp_in);
    fclose(fp_out);

    return 0;
}

分为生成了sound、sound_80%、sound_60%、sound_40%、sound_20%、sound_10%五个文件进行了对比。

结果：

 借助工具audacity，可以看出，的确实现了振幅对应的调节，并且声音渐弱。

 

以上可基本实现要求的功能，有几个问题还需继续探究：
1、后续使用fopen_s替代fopen
2、由short-float转换式中出现的是否添加括号引申出的运算符的优先级的问题
3、传入指针参数时的保护
4、结构体的用法
5、左移右移操作
以上几个问题，将会结合下一篇代码进行分析。

即：参考：https://blog.csdn.net/Ivy9808/article/details/123671062?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1-123671062-blog-123669609.pc_relevant_multi_platform_whitelistv6&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1-123671062-blog-123669609.pc_relevant_multi_platform_whitelistv6&utm_relevant_index=2 ——  基于C的PCM音频数据的读取、处理与写入（二）

方法2：

原文链接：https://blog.csdn.net/Timsley/article/details/50683084?spm=1001.2101.3001.6661.1&utm_medium=distribute.pc_relevant_t0.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1-50683084-blog-108569819.pc_relevant_aa_2&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_t0.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7ERate-1-50683084-blog-108569819.pc_relevant_aa_2&utm_relevant_index=1 —— 【C语言】PCM音频数据处理---音量增大或减小

PCM音频数据增大或减小的原理主要是，将采样的数据乘上一个数字或者是除以一个数字，但要注意溢出处理。具体实现如下（C语言）：

#define OLD_FILE_PATH "file.pcm"
#define VOL_FILE_PATH "vol.pcm"

int volume_adjust(short  * in_buf, short  * out_buf, float in_vol)
{
    int i, tmp;

    // in_vol[0, 100]
    float vol = in_vol - 98;

    if(-98<vol && vol<0)
        vol = 1/(vol*(-1));
    else if(0<=vol && vol<=1)
        vol = 1;
    /*
    else if(1<=vol && vol<=2)
        vol = vol;
    */
    else if(vol<=-98)
        vol = 0;
    else if(vol>=2)
        vol = 40;  //这个值可以根据你的实际情况去调整

    tmp = (*in_buf)*vol; // 上面所有关于vol的判断，其实都是为了此处*in_buf乘以一个倍数，你可以根据自己的需要去修改

    // 下面的code主要是为了溢出判断
    if(tmp > 32767)
        tmp = 32767;
    else if(tmp < -32768)
        tmp = -32768;
    *out_buf = tmp;

    return 0;
}

void pcm_volume_control(int volume)
{
    short s16In = 0;
    short s16Out = 0;
    int size = 0;

    FILE *fp = fopen(OLD_FILE_PATH, "rb+");
    FILE *fp_vol = fopen(VOL_FILE_PATH, "wb+");

    while(!feof(fp))
    {
        size = fread(&s16In, 2, 1, fp);
        if(size>0)
        {        
            volume_adjust(&s16In, &s16Out, volume);
            fwrite(&s16Out, 2, 1, fp_vol);       
        }
    }

    fclose(fp);
    fclose(fp_vol);
}

int main(void)
{
    pcm_volume_control(100); 
    return 0;
}

上面程序中，main函数中pcm_volume_control(100)，这里设置为100主要是为了让其走入volume_adjust函数中的最后一个else语句，而最终放大的数据，是将其乘上一个40，这个值可以根据你自己的需求去调整。

vol = 40; 
tmp = (*in_buf)*vol;

经过上面的算法放大后，可以用Audacity工具去查看，放大后的PCM数据，如下图所示，上面的波形是原始数据，下面的波形是经过音量放大后的数据。

附属链接参考：

PCM 音量调节 —— https://blog.csdn.net/qinqqfirst/article/details/5985736

 

 结果分析：

 

 

3.其他（参考）：

1）C语言解析WAV音频文件

参考：https://www.cnblogs.com/LexMoon/p/wave-c.html

2）C++实现音频播放时音量调节功能 （代码下载 - - 6_GetSetVolume.cpp）

参考：https://download.csdn.net/download/xym352860763/12023116

（更改系统的声音 - 比较 lm ）