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：

• What is a “LIST” chunk in a RIFF/Wav header?
• List chunk (of a RIFF file)

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");

代码链接