C/C++实现读写WAV音频文件

WAV音频文件本质上是一个二进制文件，C语言可通过fopen读写二进制文件的方法读写WAV音频文件。但WAV文件内不仅存储了音频的数据，还存储的文件信息，因此若要获取正确的WAV文件内容，需要知道WAV存储的的格式，按照WAV格式进行读写操作。

WAV格式文件

WAV（Waveform Audio File Format）是一种常见的音频文件格式，它通常用于存储未经压缩的音频数据。WAV文件遵循RIFF规则，其内容以区块为最小单位进行存储。WAV文件一般由3个区块组成：RIFF区块、Format区块和Data区块。

RIFF区块

名称	偏移地址	字节数	数据类型	端序	内容
chunkID	0x00	4	char	大端	“RIFF”
chunkSize	0x04	4	uint32_t	小端	文件长度
format	0x08	4	char	大端	“WAVE”

Format区块

名称	偏移地址	字节数	数据类型	端序	内容
subchunk1ID	0x0C	4	char	大端	“fmt”，fmt标识
audioFormat	0x10	4	uint32_t	小端	子块大小，通常为16
audioFormat	0x14	2	uint16_t	小端	音频格式代码，1表示PCM无损编码
numChannels	0x16	2	uint16_t	小端	声道数，通常为1（单声道）或2（立体声）
sampleRate	0x18	2	uint16_t	小端	采样率，表示每秒的采样数
byteRate	0x1C	4	uint32_t	小端	每秒的字节数，等于sampleRate * numChannels * (bitsPerSample / 8)
blockAlign	0x20	2	uint16_t	小端	块对齐，等于numChannels * (bitsPerSample / 8)
bitsPerSample	0x22	2	uint16_t	小端	每个样本的位深度，通常为8、16、24或32

Data区块

名称	偏移地址	字节数	数据类型	端序	内容
subchunk2ID	0x24	4	char	大端	子块标识，通常为"data"
subchunk2Size	0x28	4	uint32_t	小端	音频数据大小，等于采样数 * numChannels * (bitsPerSample / 8)
data	0x2C				数据

uint16_t 和 uint32_t 是无符号整数类型的数据类型，它们是C/C++ <stdint.h>标准库中定义的确切位数的整数类型.uint16_t：这是一个16位无符号整数类型，确保有16位位数，没有符号位。uint32_t：这是一个32位无符号整数类型，确保有32位位数，没有符号位。

C语言实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
​
// 定义WAV文件头部结构
struct WAVHeader {
    char chunkID[4];        // 文件标识，通常为"RIFF"
    uint32_t chunkSize;     // 文件大小
    char format[4];         // 文件格式，“WAVE”
    char subchunk1ID[4];    // 子块标识，“fmt”
    uint32_t subchunk1Size; // 子块大小
    uint16_t audioFormat;   // 音频格式，1为PCM格式
    uint16_t numChannels;   // 声道数，1:单声道，2:双声道
    uint32_t sampleRate;    // 采样率
    uint32_t byteRate;      // 每秒的字节数
    uint16_t blockAlign;    // 块对齐
    uint16_t bitsPerSample; // 采样深度
    char subchunk2ID[4];    // 子块标识，“data”
    uint32_t subchunk2Size; // 子块大小
};
​
// 音频数据结构
struct WAVData {
    struct WAVHeader header;  // 音频头部数据
    uint8_t* sample;          // 音频数据
};
​
// 读取wav格式文件
struct WAVData* audioread(const char* filename);
// 写入wav格式文件
void audiowrite(const char* filename, struct WAVData* audio_data);
​
int main() {
    char filename[30] = "../inputs/test.wav";
    struct WAVData* audio_data = audioread(filename);
    if (audio_data == NULL) {
        perror("文件打开失败!");
        return 1;
    }
​
    char outfilename[30] = "../outputs/test.wav";
    audiowrite(outfilename, audio_data);
​
    return 0;
}
​
struct WAVData* audioread(const char* filename) {
    // 打开文件
    FILE* inputFile = fopen(filename, "rb");
    struct WAVData* audio_data = NULL;
    if (inputFile == NULL) {
        perror("文件代开失败!");
        return NULL;
    }
​
    // 读取文件头部信息
    struct WAVHeader header;
    fread(&header, sizeof(struct WAVHeader), 1, inputFile);
​
    // 验证文件格式
    if (strncmp(header.chunkID, "RIFF", 4) != 0 || strncmp(header.format, "WAVE", 4) != 0) {
        perror("无效文件!");
        fclose(inputFile);
        return NULL;
    }
​
    // 输出wav文件信息
    printf("音频格式: %hu\n", header.audioFormat);
    printf("声道数: %hu\n", header.numChannels);
    printf("采样率: %hu\n", header.sampleRate);
    printf("采样深度: %hu\n", header.bitsPerSample);
​
    // 读取wav文件数据
    audio_data = (struct WAVData*)malloc(sizeof(struct WAVData));
    if (audio_data == NULL) {
        perror("内存申请失败!");
        return NULL;
    }
    audio_data->header = header;
    audio_data->sample = (uint8_t*)malloc(header.subchunk2Size);
    if (audio_data->sample == NULL) {
        perror("内存申请失败!");
        free(audio_data);
        return NULL;
    }
    fread(audio_data->sample, header.subchunk2Size, 1, inputFile);
    fclose(inputFile);
​
    return audio_data;
}
​
void audiowrite(const char* filename, struct WAVData* audio_data) {
    // 打开输出文件
    FILE* outputFile = fopen(filename, "wb");
    if (outputFile == NULL) {
        perror("文件打开失败!");
        return;
    }
​
    // 写入文件
    fwrite(&audio_data->header, sizeof(struct WAVHeader), 1, outputFile);
    fwrite(audio_data->sample, audio_data->header.subchunk2Size, 1, outputFile);
​
    // 关闭文件
    fclose(outputFile);
}

源码地址: github.com/lyc18/C-CPP…