画出wav文件声音数据的波形曲线

画出wav文件声音数据的波形曲线
画出wav文件声音数据的波形曲线
2010-08-08 21:41
继续上一篇《解读Wave文件头》，更具体的解析wave文件格式，并附带代码。

但是下文中画波形图的数据并未经过傅里叶转换，下面这个链接提供了快速傅里叶转换后的数据制作波形图的代码（确切的说，这两个程序画出的波形图并不是同类图形）：
画出wav文件声音数据的波形曲线
转自：/khler/archive/2007/07/28/1713697.aspx WAV文件格式
波形音频文件（*.WAV）是Microsoft为Windows设计的多媒体文件格式RIFF(The Resource Interchange File Format,资源交换文件格式)中的一种（另一种常用的为AVI）。

RIFF由文件头、数据类型标识及若干块(chunk)组成。

WAV文件的基本格式
注意：
wFormatTag = 1时为无压缩的PCM（Pulse Code Modulation, 脉冲编码调制）标准格式（即等间隔采样、线性量化）。

单字节样本值v为无符号整数(0~255)，实际样本值应为v-128；多字节样本值本身就是有符号的，可直接使用。

有些wav文件在data块之前,fmt块之后还有一个fact块..
| ID | 4 Bytes | 'fact' |
----------------------------------
| Size | 4 Bytes | 数值为4 |
----------------------------------
| data | 4 Bytes | ?? ?? ?? ?? |
因此要根据读到的ID进行判断
参考: 文件格式分析详解 wav
Wav文件所有数值表示均为低字节表示低位，高字节表示高位。

通过CArchive的>>读入, 会自动转化(把高字节的作为高位)
如读入地址为0000000的双字(DWORD)到变量dw中 :
0000000: 52 49 46 46
则dw会等于0x46464952
为了简化RIFF文件中的4字符标识的读写与比较，Windows SDK 在多媒体头文件mmsystem.h中定义了类型
FOURCC（Four-Character Code四字符代码）：
typedef DWORD FOURCC;
及其构造宏（用于将4个字符转换成一个FOURCC数据）
FOURCC mmioFOURCC(CHAR ch0, CHAR ch1, CHAR ch2, CHAR ch3);
其定义为MAKEFOURCC宏：
#define mmioFOURCC(ch0, ch1, ch2, ch3) MAKEFOURCC(ch0, ch1, ch2, ch3);
而MAKEFOURCC宏定义为：
#define MAKEFOURCC(ch0, ch1, ch2, ch3) \
((DWORD)(BYTE)(ch0) | ((DWORD)(BYTE)(ch1) << 8) | \
((DWORD)(BYTE)(ch2) << 16) | ((DWORD)(BYTE)(ch3) << 24 ));
例如：
#include <mmsystem.h>
#define ID_RIFF mmioFOURCC('R', 'I', 'F', 'F')
#define ID_WAVE mmioFOURCC('W', 'A', 'V', 'E')
……
FOURCC id;
……
ar >> id;
if (id != ID_RIFF) {
……
}
……
播放波形声音文件
函数PlaySound可以播放系统声音、声音资源和声音文件，其函数原型为：
BOOL PlaySound(
LPCSTR pszSound,
HMODULE hmod,
DWORD fdwSound
);
例如：
PlaySound(“c:\\sounds\\sample.wav”, NULL, SND_ASYNC);
PlaySound(ar.GetFile()->GetFilePath(), NULL, SND_ASYNC);
下面是完整步骤:
新建MFC应用程序, 单文挡(SDI)项目WavePlayer.
为了使包含PlaySound的程序能够编译通过，必须包含多媒体头文件：#include <mmsystem.h>, 而且需要注意头文件包含的次序.. 否则会提示找不到标识符..
并在项目中添加多媒体库：在项目区中任何页中选中顶部的项目名，选“项目\属性”菜单项或按Alt+F7组合键，弹出“[项目名]属性页”对话框，在该其左上角的“配置”栏的下拉式列表中，选择“所有配置”项，在其左边的“配置”目录栏中，选中“配置属性\链接器\输入”项，在右边顶行的“附加依赖项”栏中键入winmm.lib，按“确定”钮关闭对话框。

文件过滤
可通过修改资源视图页的“项目名\项目名.rc\String Table\String Table”串表资源中的ID：IDR_MAINFRAME(SDI)所对应的串，为应用程序的文件I/O对话框增加文件过滤器。

为WavePlayer程序增加*.wav的过滤器：
将原来的串
IDR_MAINFRAME
“WavePlayer\n\nWavePlayer\n\n\nWavePlayer.Document\nWa vePlayer.Document”
修改成
“WavePlayer\n\nWavePlayer\nWave Files (*.wav)\n.wav\nWavePlayer.Document\nWavePlayer.Document”
文档类cpp 添加如下宏
#define ID_RIFF mmioFOURCC('R', 'I', 'F', 'F')
#define ID_WAVE mmioFOURCC('W', 'A', 'V', 'E')
#define ID_data mmioFOURCC('d', 'a', 't', 'a')
#define ID_fmt mmioFOURCC('f', 'm', 't', ' 20')
#define ID_fact mmioFOURCC('f', 'a', 'c', 't')
文档类添加如下变量
public:
int num; // 样本数
LONG* data; // 样本数据
LONG *Ldata, *Rdata; // 双声道数据
WORD BytesPerSample, wChannel; // 一个样本的字节数, 声道数
Serialize函数添加如下代码:
if (ar.IsStoring())
{
// TODO: 在此添加存储代码
}
else
{
// TODO: 在此添加加载代码
FOURCC id, chkLen, dw; // 无符号双字
BYTE b; // 无符号字节
WORD w; // unsined short 无符号单字长
WORD fmtTag; //格式标记
WORD wBitsPerSample; //样本位数
FOURCC dwAvgBytesRate;
FOURCC Len; // 数据块大小, BYTE
ar>>id;
if(id!=ID_RIFF) return;
ar>>dw>>id;
if(id!=ID_WAVE) return;
ar>>id; if(id!=ID_fmt) return;
ar>>chkLen; // 16或
ar>>fmtTag; // 只处理PCM(Pulse Code Modulation, 脉冲编码调制)情况
if(fmtTag!=1)
return;
ar>>wChannel; //声道数
ar>>dw; //采样率
ar>>dwAvgBytesRate; //平均字节率
ar>>w; //数据块对齐
ar>>wBitsPerSample; //样本位数
if(chkLen==18)
{
ar>>w; // 扩展域大小
for(int i=0; i<w; i++) // 读走扩展域的内容
ar>>b;
}
ar>>id; // data or fact
if(id==ID_fact)
{
ar>>dw>>dw; // 读走fact块内容
ar>>id; // data ID
}
if(id!=ID_data)
return;
ar>>Len;
BytesPerSample=wBitsPerSample/8; // 一个样本的字节数
num=Len/BytesPerSample; // 样本数
if(wChannel==1) // 单音道
{
data=new LONG[num];
if(BytesPerSample==1)
for(int i=0; i<num; i++)
{
ar>>b;
data[i]=b-128;
}
else if(BytesPerSample==2)
for(int i=0; i<num; i++)
ar>>w;
data[i]= (SHORT)w; // 无符号数转成有符号数
}
else if(BytesPerSample==4)
for(int i=0; i<num; i++)
{
ar>>dw;
data[i]=(LONG)dw; // 无符号数转成有符号数
}
else if(BytesPerSample==3)
for(int i=0; i<num; i++)
{
ar>>b>>w;
data[i]=w+b;
}
}
else if(wChannel==2) // 双音道
{
Ldata=new LONG[num/2]; // 左声道
Rdata=new LONG[num/2]; // 右声道
if(BytesPerSample==1)
{
for(int i=0; i<num/2; i++) // 一个声道的样本数为num/2, 左右声道交替
{
ar>>b;
Ldata[i]=b-128;
ar>>b;
Rdata[i]=b-128;
}
else if(BytesPerSample==2)
for(int i=0; i<num/2; i++)
{
ar>>w;
Ldata[i]=(SHORT)w; // 无符号数转成有符号数
ar>>w;
Rdata[i]=(SHORT)w;
}
else if(BytesPerSample==4)
for(int i=0; i<num/2; i++)
{
ar>>dw;
Ldata[i]=(LONG)dw;
ar>>dw;
Rdata[i]=(LONG)dw;
}
else if(BytesPerSample==3)
for(int i=0; i<num/2; i++)
{
ar>>b>>w;
Ldata[i]=w+b;
ar>>b>>w;
Rdata[i]=w+b;
}
}
PlaySound(ar.GetFile()->GetFilePath(), NULL, SND_ASYNC); // 播放声音
}
视图类OnDraw函数添加如下代码:
CRect rect; // 客户区大小
GetClientRect(&rect);
CPen gpen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 250, 0)); // 绿色笔
pDC->SelectObject(&gpen);
if(pDoc->data!=NULL || pDoc->Ldata!=NULL) // 数据非空时才画
{
float A=pow(2.0, 8.0*pDoc->BytesPerSample-1); // 将样本的高度映射到所需高度,
// 先算出样本的最大值
if(pDoc->wChannel==1) // 单声道
{
int x=0, y=rect.Height()/2;
while(x < rect.Width())
{
int min=INT_MAX, max=INT_MAX+1; // 让min初始为最大的int, 让max初始化最小的int
// 一个象素x映射(样本数/客户区宽度)个样本点, 用其中最大最小值, 画一竖直的线段
for(int j=x*pDoc->num/rect.Width(); j<(x+1)*pDoc->num/rect.Width(); j++)
{
if(pDoc->data[j]<min)
min=pDoc->data[j];
if(pDoc->data[j]>max)
max=pDoc->data[j];
}
pDC->MoveTo(x, y+(max*rect.Height()/2.0/A));
pDC->LineT o(x, y+(min*rect.Height()/2.0/A));
x++;
}
CPen pen(PS_SOLID, 1, RGB(200, 0, 0)); // 客户区中间画一横线
pDC->SelectObject(&pen);
pDC->MoveTo(0, rect.Height()/2);
pDC->LineT o(rect.Width(), rect.Height()/2);
}
else if(pDoc->wChannel==2)
{
// 在客户区上半部分画左声道, 原理同单声道,
int x=0, y=rect.Height()/4;
while(x<rect.Width())
{
int min=INT_MAX, max=INT_MAX+1;
for(int j=x*pDoc->num/2/rect.Width(); j<(x+1)*pDoc->num/2/rect.Width(); j++)
{
if(pDoc->Ldata[j]<min)
min=pDoc->Ldata[j];
if(pDoc->Ldata[j]>max)
max=pDoc->Ldata[j];
}
pDC->MoveTo(x, y+(max*rect.Height()/4.0/A));
pDC->LineT o(x, y+(min*rect.Height()/4.0/A));
x++;
}
// 在客户区下半部分画右声道
x=0, y=3*rect.Height()/4;
while(x<rect.Width())
{
int min=INT_MAX, max=INT_MAX+1;
for(int j=x*pDoc->num/2/rect.Width(); j<(x+1)*pDoc->num/2/rect.Width(); j++)
{
if(pDoc->Rdata[j]<min)
min=pDoc->Rdata[j];
if(pDoc->Rdata[j]>max)
max=pDoc->Rdata[j];
}
gpen.DeleteObject();
gpen.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));
pDC->SelectObject(&gpen);
pDC->MoveTo(x, y+(max*rect.Height()/4.0/A));
pDC->LineT o(x, y+(min*rect.Height()/4.0/A));
x++;
}
// 画客户区中央横线
CPen pen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 0));
pDC->SelectObject(&pen);
pDC->MoveTo(0, rect.Height()/2);
pDC->LineT o(rect.Width(), rect.Height()/2);
pen.DeleteObject();
pen.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));
pDC->SelectObject(&pen);
// 画左声道横线
pDC->MoveTo(0, rect.Height()/4);
pDC->LineT o(rect.Width(), rect.Height()/4);
// 右声道横线
pDC->MoveTo(0, 3*rect.Height()/4);
pDC->LineT o(rect.Width(), 3*rect.Height()/4);
}
}
OnDraw用到了pow函数, 添加头文件包含指令
#include<cmath> // double pow(double, double);
(原文出处：/touzani/archive/2007/06/17/1654943.aspx)。