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WAVE文件格式分析详解

2013-07-25 14:39 260 查看

网上有一篇曹京写的《wav文件格式分析详解》已经介绍过wav文件格式，有兴趣的读者可以查阅。wav文件通常包含4段：RIFF、格式段、FACT段和数据段。 PCM数据就放在数据段。只要格式段设置的格式与数据段的数据一致，播放程序就可以正确解析。下面这个数组的数据其实就是一个最小的wav文件。

static const unsigned char wav_template[] =
{
// RIFF WAVE Chunk
0x52, 0x49, 0x46, 0x46,		// "RIFF"
0x30, 0x00, 0x00, 0x00,		// 总长度 整个wav文件大小减去ID和Size所占用的字节数
0x57, 0x41, 0x56, 0x45,		// "WAVE"

// Format Chunk
0x66, 0x6D, 0x74, 0x20,		// "fmt "
0x10, 0x00, 0x00, 0x00,		// 块长度
0x01, 0x00,			// 编码方式
0x01, 0x00,			// 声道数目
0x80, 0x3E, 0x00, 0x00,		// 采样频率
0x00, 0x7D, 0x00, 0x00,		// 每秒所需字节数=采样频率*块对齐字节
0x02, 0x00,			// 数据对齐字节=每个样本字节数*声道数目
0x10, 0x00,			// 样本宽度

// Fact Chunk
0x66, 0x61, 0x63, 0x74,		// "fact"
0x04, 0x00, 0x00, 0x00,		// 块长度
0x00, 0xBE, 0x00, 0x00,

// Data Chunk
0x64, 0x61, 0x74, 0x61,		// "data"
0x00, 0x00, 0x00, 0x00,		// 块长度
};

这个wav文件的数据长度为0。我们要增加PCM数据只要完成以下工作：
在数据段尾增加PCM数据；
修改数据段的块长度，修改RIFF段的总长度；
正确设置格式段的PCM参数。

样本长度可能不是8的整数倍，这时wav文件还是要求样本按照字节对齐。在一个样本中数据是左对齐的，右侧空位用0填充。 pcm2wav只考虑了样本长度是16位的情况。

如果有多个声道，wav文件要求先放样本1的各声道数据，再放样本2的各声道数据，依此类推。因为我没有碰到过处理多声道数据的需求，所以pcm2wav只考虑了单声道。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
附上原文《wav文件格式分析详解》
                                               作者：曹京

                                               日期：2006年7月17日

一、综述

WAVE文件作为多媒体中使用的声波文件格式之一，它是以RIFF格式为标准的。RIFF是英文Resource Interchange File Format的缩写，每个WAVE文件的头四个字节便是“RIFF”。
WAVE文件是由若干个Chunk组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk, Format Chunk, Fact Chunk(可选), Data Chunk。具体见下图：

------------------------------------------------
|             RIFF WAVE Chunk                  |
|             ID = 'RIFF'                     |
|             RiffType = 'WAVE'                |
------------------------------------------------
|             Format Chunk                     |
|             ID = 'fmt '                      |
------------------------------------------------
|             Fact Chunk(optional)             |
|             ID = 'fact'                      |
------------------------------------------------
|             Data Chunk                       |
|             ID = 'data'                      |
------------------------------------------------

图1   Wav格式包含Chunk示例
其中除了Fact Chunk外，其他三个Chunk是必须的。每个Chunk有各自的ID，位于Chunk最开始位置，作为标示，而且均为4个字节。并且紧跟在ID后面的是Chunk大小（去除ID和Size所占的字节数后剩下的其他字节数目），4个字节表示，低字节表示数值低位，高字节表示数值高位。下面具体介绍各个Chunk内容。

PS：所有数值表示均为低字节表示低位，高字节表示高位。

二、具体介绍

1、RIFF
WAVE Chunk
==================================
|       |所占字节数| 具体内容   |
==================================
| ID    | 4 Bytes |   'RIFF'    |
----------------------------------
| Size | 4 Bytes |             |
----------------------------------
| Type | 4 Bytes |   'WAVE'    |
----------------------------------
图2 RIFF WAVE Chunk

以'FIFF'作为标示，然后紧跟着为size字段，该size是整个wav文件大小减去ID和Size所占用的字节数，即FileLen
- 8 = Size。然后是Type字段，为'WAVE'，表示是wav文件。

结构定义如下：

struct RIFF_HEADER {
char szRiffID[4];  // 'R','I','F','F'
DWORD dwRiffSize;
char szRiffFormat[4]; // 'W','A','V','E'
};

struct WAVE_FORMAT {
WORD wFormatTag;
WORD wChannels;
DWORD dwSamplesPerSec;
DWORD dwAvgBytesPerSec;
WORD wBlockAlign;
WORD wBitsPerSample;
};

struct FMT_BLOCK {
char  szFmtID[4]; // 'f','m','t',' '
DWORD  dwFmtSize;
WAVE_FORMAT wavFormat;
};

struct FACT_BLOCK {
char  szFactID[4]; // 'f','a','c','t'
DWORD  dwFactSize;
};

4、Data
Chunk

==================================
|       |所占字节数| 具体内容   |
==================================
| ID    | 4 Bytes |   'data'    |
----------------------------------
| Size | 4 Bytes |             |
----------------------------------
| data |          |             |
----------------------------------

图5
Data Chunk

Data
Chunk是真正保存wav数据的地方，以'data'作为该Chunk的标示。然后是数据的大小。紧接着就是wav数据。根据Format Chunk中的声道数以及采样bit数，wav数据的bit位置可以分成以下几种形式：

---------------------------------------------------------------------
|   单声道 |    取样1    |    取样2    |    取样3    |    取样4    |
|           |--------------------------------------------------------
| 8bit量化 |    声道0    |    声道0    |    声道0    |    声道0    |
---------------------------------------------------------------------
|   双声道 |          取样1            |           取样2           |
|           |--------------------------------------------------------
| 8bit量化 | 声道0(左) | 声道1(右) | 声道0(左) | 声道1(右) |
---------------------------------------------------------------------
|           |          取样1            |           取样2           |
|   单声道 |--------------------------------------------------------
| 16bit量化 |    声道0    | 声道0      |    声道0    | 声道0      |
|           | (低位字节) | (高位字节) | (低位字节) | (高位字节) |
---------------------------------------------------------------------
|           |                         取样1                         |
|   双声道 |--------------------------------------------------------
| 16bit量化 | 声道0(左) | 声道0(左) | 声道1(右) | 声道1(右) |
|           | (低位字节) | (高位字节) | (低位字节) | (高位字节) |
---------------------------------------------------------------------
图6 wav数据bit位置安排方式

Data
Chunk头结构定义如下：

struct DATA_BLOCK {
char szDataID[4]; // 'd','a','t','a'
DWORD dwDataSize;
};

三、小结
因此，根据上述结构定义以及格式介绍，很容易编写相应的wav格式解析代码。这里具体的代码就不给出了。

四、参考资料

1、李敏,
声频文件格式WAVE的转换, 电脑知识与技术(学术交流), 2005.

2、http://www.codeguru.com/cpp/g-m/multimedia/audio/article.php/c8935/PCM-Audio-and-Wave-Files.htm

3、http://www.newsmth.net/pc/pcshowcom.php?cid=129276

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标签： WAVE wav Riff 文件格式

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