WAV文件格式分析
2015-01-17 12:46
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一. RIFF概念
在Windows环境下，大部分的多媒体文件都依循着一种结构来存放信息，这样的结构称为"资源互换文件格式"(Resources lnterchange File Format)，简称RIFF。比如声音的WAV文件、视频的AV1文件等等均是由此结构衍生出来的。RIFF能够看做是一种树状结构，其基本构成单位为chunk，宛如树状结构中的节点，每一个chunk由"辨别码"、"数据大小"及"数据"所组成。
图一、 块的结构示意图
辨别码由4个ASCII码所构成，数据大小则标示出紧跟其后数据的长度(单位为Byte)，而数据大小本身也用掉4个Byte，所以其实一个chunk的长度为数据大小加8。一般而言，chunk本身并不同意内部再包括chunk，但有两种例外，分别为以"RIFF"及"L1ST"为辨别码的chunk。而针对此两种chunk，RIFF又从原先的"数据"中切出4个Byte。 此4个Byte称为"格式辨别码"，然而RIFF又规定文件里仅能有一个以"RIFF"为辨别码的chunk。
图二、RIFF/LIST块结构
仅仅要依循此一结构的文件，我们均称之为RIFF档。此种结构提供了一种系统化的分类。假设和MS一DOS文件系统作比較，"RIFF"chunk就好比是一台硬盘的根文件夹，其格式辨别码便是此硬盘的逻辑代码(C：或D：)，而"L1ST"chunk即为其下的子文件夹，其它的chunk则为一般的文件。至于在RIFF文件的处理方面，微软提供了相关的函数。视窗下的各种多媒体文件格式就如同在磁盘机下规定仅能放如何的文件夹，而在该文件夹下仅能放何种数据。
二. WAV文件格式
WAVE文件是很easy的一种RIFF文件，它的格式类型为"WAVE"。RIFF块包括两个子块，这两个子块的ID各自是"fmt"和"data",当中"fmt"子块由结构PCMWAVEFORMAT所组成，其子块的大小就是sizeofof(PCMWAVEFORMAT),数据组成就是PCMWAVEFORMAT结构中的数据。
图三、WAVE文件结构
PCMWAVEFORMAT结构定义例如以下：
Typedef
struct
//WAVEFORMAT结构定义例如以下:
typedef
struct
...{
WORD wFormatag;
//编码格式，包含WAVE_FORMAT_PCM，WAVEFORMAT_ADPCM等
WORD nChannls;
//声道数，单声道为1，双声道为2;
DWORD nSamplesPerSec;
//採样频率；
DWORD nAvgBytesperSec;
//每秒的数据量；
WORD nBlockAlign;
//块对齐；
}
WAVEFORMAT；
"data"子块包括WAVE文件的数字化波形声音数据，其存放格式依赖于"fmt"子块中wFormatTag成员指定的格式种类，在多声道WAVE文件里，样本是交替出现的。如16bit的单声道WAVE文件和双声道WAVE文件的数据採样格式分别如图四所看到的：
16位单声道：
16位双声道：
图四、WAVE文件数据採样格式
WAV文件格式实例分析：
在Windows环境下，大部分的多媒体文件都依循着一种结构来存放信息，这样的结构称为"资源互换文件格式"(Resources lnterchange File Format)，简称RIFF。比如声音的WAV文件、视频的AV1文件等等均是由此结构衍生出来的。RIFF能够看做是一种树状结构，其基本构成单位为chunk，宛如树状结构中的节点，每一个chunk由"辨别码"、"数据大小"及"数据"所组成。
| 块的标志符（4BYTES） |
| 数据大小 （4BYTES） |
| 数据 |
辨别码由4个ASCII码所构成，数据大小则标示出紧跟其后数据的长度(单位为Byte)，而数据大小本身也用掉4个Byte，所以其实一个chunk的长度为数据大小加8。一般而言，chunk本身并不同意内部再包括chunk，但有两种例外，分别为以"RIFF"及"L1ST"为辨别码的chunk。而针对此两种chunk，RIFF又从原先的"数据"中切出4个Byte。 此4个Byte称为"格式辨别码"，然而RIFF又规定文件里仅能有一个以"RIFF"为辨别码的chunk。
| RIFF/LIST标志符 | |
| 数据1大小 | |
| 数据1 | 格式/列表类型 |
| 数据 |
仅仅要依循此一结构的文件，我们均称之为RIFF档。此种结构提供了一种系统化的分类。假设和MS一DOS文件系统作比較，"RIFF"chunk就好比是一台硬盘的根文件夹，其格式辨别码便是此硬盘的逻辑代码(C：或D：)，而"L1ST"chunk即为其下的子文件夹，其它的chunk则为一般的文件。至于在RIFF文件的处理方面，微软提供了相关的函数。视窗下的各种多媒体文件格式就如同在磁盘机下规定仅能放如何的文件夹，而在该文件夹下仅能放何种数据。
二. WAV文件格式
WAVE文件是很easy的一种RIFF文件，它的格式类型为"WAVE"。RIFF块包括两个子块，这两个子块的ID各自是"fmt"和"data",当中"fmt"子块由结构PCMWAVEFORMAT所组成，其子块的大小就是sizeofof(PCMWAVEFORMAT),数据组成就是PCMWAVEFORMAT结构中的数据。
| 标志符（RIFF） |
| 数据大小 |
| 格式类型（"WAVE"） |
| "fmt" |
| Sizeof(PCMWAVEFORMAT) |
| PCMWAVEFORMAT |
| "data" |
| 声音数据大小 |
| 声音数据 |
PCMWAVEFORMAT结构定义例如以下：
Typedef
struct
//WAVEFORMAT结构定义例如以下:
typedef
struct
...{
WORD wFormatag;
//编码格式，包含WAVE_FORMAT_PCM，WAVEFORMAT_ADPCM等
WORD nChannls;
//声道数，单声道为1，双声道为2;
DWORD nSamplesPerSec;
//採样频率；
DWORD nAvgBytesperSec;
//每秒的数据量；
WORD nBlockAlign;
//块对齐；
}
WAVEFORMAT；
"data"子块包括WAVE文件的数字化波形声音数据，其存放格式依赖于"fmt"子块中wFormatTag成员指定的格式种类，在多声道WAVE文件里，样本是交替出现的。如16bit的单声道WAVE文件和双声道WAVE文件的数据採样格式分别如图四所看到的：
16位单声道：
| 採样一 | 採样二 | …… | ||
| 低字节 | 高字节 | 低字节 | 高字节 | …… |
| 採样一 | …… | |||
| 左声道 | 右声道 | …… | ||
| 低字节 | 高字节 | 低字节 | 高字节 | …… |
WAV文件格式实例分析：
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F | |
| 00000000H 00000010H 00000020H 00000030H 00000040H | 52 49 46 46 0A 06 01 00 57 41 56 45 66 6D 74 20 12 00 00 00 01 00 02 00 44 AC 00 00 10 B1 02 00 04 00 10 00 00 00 66 61 63 74 04 00 00 00 76 41 00 00 64 61 74 61 D8 05 01 00 00 00 00 00 FF FF 00 00 FE FF FE FF 00 00 00 00 FE FF FE FF 00 00 |
| 偏移地址 | 字节数 | 数据类型 | 内容 | |
| 文件头 | 00H | 4 | char | “RIFF”; RIFF标志 |
| 04H | 4 | long int | 0x00 01 06 0A（注意数据存储顺序）; 文件长度 | |
| 08H | 4 | char | “WAVE”; WAVE标志 | |
| 0CH | 4 | char | “fmt ”; fmt标志，最后一位为空 | |
| 10H | 4 | long int | 0x12; sizeof(PCMWAVEFORMAT) | |
| 14H | 2 | int | 1（WAVE_FORMAT_PCM）; 格式类别，1表示为PCM形式的声音数据 | |
| 16H | 2 | int | 2; 通道数，单声道为1，双声道为2 | |
| 18H | 2 | int | 44100; 採样频率（每秒样本数） | |
| 1CH | 4 | long int | 0x10B10000; 每秒数据量；其值为通道数×每秒数据位数×每样本的数据位数／8。播放软件利用此值能够预计缓冲区的大小。 | |
| 20H | 2 | int | 数据块的调整数（按字节算的），其值为通道数×每样本的数据位值／8。播放软件须要一次处理多个该值大小的字节数据，以便将其值用于缓冲区的调整。 | |
| 22H | 2 | 每样本的数据位数，表示每一个声道中各个样本的数据位数。假设有多个声道，对每一个声道而言，样本大小都一样。 | ||
| 50H | 4 | char | “data”; 数据标记符 | |
| 54H | 4 | long int | 0x00 01 05 D8; 语音数据大小 |
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