10_PCM转WAV
播放器是无法直接播放PCM的,因为播放器并不知道PCM的采样率、声道数、位深度等参数。当PCM转成某种特定的音频文件格式后(比如转成WAV),就能够被播放器识别播放了。
本文通过2种方式(命令行、编程)演示一下:如何将PCM转成WAV。
WAV文件格式
在进行PCM转WAV之前,先再来认识一下WAV的文件格式。
- WAV、AVI文件都是基于RIFF标准的文件格式
- RIFF(Resource Interchange File Format,资源交换文件格式)由Microsoft和IBM提出
- 所以WAV、AVI文件的最前面4个字节都是RIFF四个字符
WAV 文件标准格式如下:**
我们用一个数据格式使用十六进制展示的大小为 72 字节 WAVE 格式文件举例:
下面来一张通俗易懂的图:
每一个chunk(数据块)都由3部分组成:
- id:chunk的标识
- data size:chunk的数据部分大小,字节为单位
- data,chunk的数据部分
整个WAV文件是一个RIFF chunk,它的data由3部分组成:
- format:文件类型
- fmt chunk
- 音频参数相关的chunk
- 它的data里面有采样率、声道数、位深度等参数信息
- data chunk
- 音频数据相关的chunk
- 它的data就是真正的音频数据(比如PCM数据)
RIFF chunk除去data chunk的data(音频数据)后,剩下的内容可以称为:WAV文件头,一般是44字节。
命令行
通过下面的命令可以将PCM转成WAV。
// ffmpeg 输入文件参数 -i 输入文件 输出文件参数 输出文件 ffmpeg -ar 44100 -ac 2 -f s16le -i out.pcm out.wav
需要注意的是:上面命令生成的WAV文件头有78字节。对比44字节的文件头,它多增加了一个34字节大小的LIST chunk。
关于LIST chunk的参考资料:
加上一个输出文件参数-bitexact
可以去掉LIST Chunk。
ffmpeg -ar 44100 -ac 2 -f s16le -i out.pcm -bitexact out2.wav
编程
在PCM数据的前面插入一个44字节的WAV文件头,就可以将PCM转成WAV。
WAV的文件头结构
WAV的文件头结构大概如下所示:
#define AUDIO_FORMAT_PCM 1 #define AUDIO_FORMAT_FLOAT 3 // WAV文件头(44字节) typedef struct { // RIFF chunk的id uint8_t riffChunkId[4] = {'R', 'I', 'F', 'F'}; // RIFF chunk的data大小,即文件总长度减去8字节 uint32_t riffChunkDataSize; // "WAVE" uint8_t format[4] = {'W', 'A', 'V', 'E'}; /* fmt chunk */ // fmt chunk的id uint8_t fmtChunkId[4] = {'f', 'm', 't', ' '}; // fmt chunk的data大小:存储PCM数据时,是16 uint32_t fmtChunkDataSize = 16; // 音频编码,1表示PCM,3表示Floating Point uint16_t audioFormat = AUDIO_FORMAT_PCM; // 声道数 uint16_t numChannels; // 采样率 uint32_t sampleRate; // 字节率 = sampleRate * blockAlign uint32_t byteRate; // 一个样本的字节数 = bitsPerSample * numChannels >> 3 uint16_t blockAlign; // 位深度 uint16_t bitsPerSample; /* data chunk */ // data chunk的id uint8_t dataChunkId[4] = {'d', 'a', 't', 'a'}; // data chunk的data大小:音频数据的总长度,即文件总长度减去文件头的长度(一般是44) uint32_t dataChunkDataSize; } WAVHeader;
PCM转WAV核心实现
封装到了FFmpegUtil
类的pcm2wav
方法中。
#include <QFile> #include <QDebug> class FFmpegUtil { public: FFmpegUtil(); static void pcm2wav(WAVHeader &header, const char *pcmFilename, const char *wavFilename); }; void FFmpegUtil::pcm2wav(WAVHeader &header, const char *pcmFilename, const char *wavFilename) { header.blockAlign = header.bitsPerSample * header.numChannels >> 3; header.byteRate = header.sampleRate * header.blockAlign; // 打开pcm文件 QFile pcmFile(pcmFilename); if (!pcmFile.open(QFile::ReadOnly)) { qDebug() << "文件打开失败" << pcmFilename; return; } header.dataChunkDataSize = pcmFile.size(); header.riffChunkDataSize = header.dataChunkDataSize + sizeof (WAVHeader) - sizeof (header.riffChunkId) - sizeof (header.riffChunkDataSize); // 打开wav文件 QFile wavFile(wavFilename); if (!wavFile.open(QFile::WriteOnly)) { qDebug() << "文件打开失败" << wavFilename; pcmFile.close(); return; } // 写入头部 wavFile.write((const char *) &header, sizeof (WAVHeader)); // 写入pcm数据 char buf[1024]; int size; while ((size = pcmFile.read(buf, sizeof (buf))) > 0) { wavFile.write(buf, size); } // 关闭文件 pcmFile.close(); wavFile.close(); }
调用函数
// 封装WAV的头部 WAVHeader header; header.numChannels = 2; header.sampleRate = 44100; header.bitsPerSample = 16; header.audioFormat = 1; // 调用函数 FFmpegUtil::pcm2wav(header, "F:/in.pcm", "F:/out.wav");
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