一招教你快速解析WAV文件格式

STM32從SD卡中讀取語音文件進行播放，因此需要對語音進行解碼，剛開始就一直使用Speex的音頻壓縮格式，最近發(fā)現(xiàn)，在進行語音格式轉(zhuǎn)換時，我們不能很好地分析spx格式音頻文件的文件頭，這樣就會導(dǎo)致語音的播放出現(xiàn)問題。由于WAV采用PCM編碼，音質(zhì)也十分不錯，于是考慮用STM32對WAV格式音頻文件進行解碼，上周末開始找資料和編程，其中也遇到了不少問題，不過功夫不負(fù)有心人，最終還是順利的跑起來了。先將資料和編程過程整理成本文，供大家一起學(xué)習(xí)和進步。

WAV文件格式是一種重要的用于存放聲音文件的文件格式，盡管現(xiàn)在有MP3，RAM等壓縮效率更高的聲音文件格式，并且廣泛被音樂文件所采用，但是又很多的應(yīng)用程序仍然采用WAV文件格式。由于WAV文件沒有采用壓縮技術(shù)，所以它的文件很龐大，一般都在幾MB以上。但也正是因為沒有采用壓縮技術(shù)，聲音的采樣數(shù)據(jù)很容易被讀出來，便于用作其他的處理。

廢話不多說了，我們直接去解析WAV文件格式吧。

WAV格式符合RIFF（Resource interchange File Format）規(guī)范。所有的WAV都有一個頭文件，這個頭文件音頻流的編碼參數(shù)。

表1、WAV文件的文件頭

表2、WAV聲音文件的數(shù)據(jù)塊
接下來我們用已經(jīng)編好的程序來讀取一個WAV文件的文件頭和數(shù)據(jù)塊，看看各個內(nèi)容都表示什么含義。

圖1、WAV源文件

圖2、用WinHex軟件解析WAV

圖3、STM32讀取WAV的信息

頭文件樣例說明：

? “52 49 46 46”這個是Ascii字符“RIFF”，這部分是固定格式，表明這是一個WAVE文件頭。

? “24 33 AE 00”這個是我的WAV文件的數(shù)據(jù)大小，這個大小包括除了前面4個字節(jié)的所有字節(jié)，也就是等于文件總字節(jié)數(shù)減去8。得到圖3中的11416356。11416356+8=11416364Byte=10.88Mb。

? “57 41 56 45 66 6D 74 20”，也是Ascii字符“WAVEfmt”，這部分是固定格式。以后是PCMWAVEFORMAT部分。

? “10 00 00 00”，這是一個DWORD，對應(yīng)數(shù)字16，這個對應(yīng)定義中的PCMWAVEFORMAT部分的大小，可以看到后面的這個段內(nèi)容正好是16個字節(jié)。當(dāng)為16時，最后是沒有附加信息的，當(dāng)為數(shù)字18時，最后多了兩個字節(jié)的附加信息。

? “01 00”，這是一個WORD，對應(yīng)定義為編碼格式（WAVE_FORMAT_PCM格式用的就是這個）。

? “01 00”，這是一個WORD，對應(yīng)數(shù)字1，表示聲道數(shù)為1，是個單聲道WAV，當(dāng)值為2時為立體聲WAV。

? “22 56 00 00”對應(yīng)數(shù)字22050，代表的是采樣頻率220505，采樣率（每秒樣本數(shù)）表示每個通道的播放速度。

? “44 AC 00 00”對應(yīng)數(shù)字44100，代表的是每秒的數(shù)據(jù)量，波形音頻數(shù)據(jù)傳送數(shù)率，其值為通道數(shù)×每秒樣本數(shù)×每個樣本的數(shù)據(jù)位數(shù)/8。播放軟件利用此值可以估計緩沖區(qū)的大小。

? “02 00:”對應(yīng)數(shù)字是2，表示塊對齊的內(nèi)容。數(shù)據(jù)塊的調(diào)整數(shù)（按字節(jié)算），其值為通道數(shù)×每個樣本的數(shù)據(jù)位置/8.播放軟件需要一次處理多個改值大小的字節(jié)數(shù)據(jù)，以便將其值用于緩沖區(qū)的調(diào)整。

? “10 00”，此數(shù)值為16，采樣大小為16bits，每樣本數(shù)據(jù)位數(shù)，表示每個聲道中各個樣本的數(shù)據(jù)位數(shù)。如果有多個聲道，對每個聲道而言，樣本大小都一樣。

? “64 61 74 61”，這個是Ascii字符“data”，表示頭結(jié)束，開始數(shù)據(jù)區(qū)域。

? “00 33 AE 00”，十六進制數(shù)是“0xAE3300”，對應(yīng)十進制11416320，是數(shù)據(jù)區(qū)的開頭以后的數(shù)據(jù)總數(shù)。

再往后就是真正的WAV文件數(shù)據(jù)體了，頭文件分析到此。

常見的聲音文件主要有兩種，分別對應(yīng)單聲道（11.025KHz采樣率、8Bit的采樣值）和雙聲道（44.1KHz采樣率、16Bit的采樣值）。采樣率是指：聲音信號在“模->數(shù)”轉(zhuǎn)換過程中單位時間內(nèi)采樣的次數(shù)。采樣值是指每一次采樣周期內(nèi)聲音模擬信號的積分值。

對于單聲道聲音文件，采樣數(shù)據(jù)位8位的短整數(shù)；而對于雙聲道立體聲聲音文件，每次采樣數(shù)據(jù)位一個16位的整數(shù)，高8為和低8位分別代表左右兩個聲道。
WAVE文件數(shù)據(jù)塊包含以脈沖編碼調(diào)制（PCM）格式表示樣本。WAVE文件是由樣本組織而成的。在單聲道WAVE文件中，聲道0代表左聲道，聲道1代表右聲道。在多聲道WAVE文件中，樣本是交替出現(xiàn)的。

PCM數(shù)據(jù)的存放方式：

樣本1 樣本2

8位單聲道 0聲道 0聲道

8位立體聲 0聲道（左）1聲道（右） 0聲道（左） 1聲道（右）

16位單聲道 0聲道低 0聲道高 0聲道低 0聲道高

16位立體聲 0聲道（左）低 0聲道(左)高 1聲道（右）低 1聲道（右）高

系統(tǒng)硬件組成比較簡單，可以分為液晶顯示，LED指示，USB輸入，SD卡，電源供電，音頻功放和按鍵等，如圖3-1所示：

圖3-1 系統(tǒng)組成框圖

SD卡電路：
SD卡采用SPI驅(qū)動。

USB電路：

采用SGM7222做轉(zhuǎn)換開關(guān)，識別ID的電壓值來選擇是作為IAP下載還是用于USB接口

音頻功放電路：

充電和系統(tǒng)電源：

程序編寫主要有三個部分：定時器初始化，DAC初始化，定時器中斷服務(wù)程序，WAV播放程序。

定時器初始化：

void Timerx_Init(u16 arr,u16 psc)

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

RCC->APB1ENR"=1<<1;//TIM3時鐘使能

TIM3->ARR=arr; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值

TIM3->

SC=psc; //預(yù)分頻器7200，得到10KHz的計數(shù)時鐘

TIM3->DIER"=1<<0; //允許更新中斷

TIM3->DIER|=1<<6; //允許觸發(fā)中斷

TIM3->CR1|=0x01; //使能定時器3

//優(yōu)先級設(shè)置

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

DAC初始化：

#include "dac.h"

extern u16 digital;

void MyDAC_Init(void)//DAC channel1 Configuration

{

unsigned int tmpreg1=0,tmpreg2=0;

RCC->APB2ENR|=1<<2;//使能PORTA時鐘

RCC->APB1ENR|=RCC_APB1Periph_DAC;//使能DAC時鐘

GPIOA->CRL&=0XFFF0FFFF;

GPIOA->CRL|=0X00040000;//PA4浮空輸入

tmpreg1=DAC->CR;//Get the DAC CR value

tmpreg1&=~(CR_CLEAR_Mask<

tmpreg2=(DAC_Trigger_Software|DAC_WaveGeneration_None|DAC_LFSRUnmask_Bits8_0|DAC_OutputBuffer_Enable);

tmpreg1|=tmpreg2<

DAC->CR=tmpreg1;//Write to DAC CR

DAC->CR|=CR_EN_Set<

DAC1_SetData(0x000);

#if 0

tmpreg1=DAC->CR;//Get the DAC CR value

tmpreg1&=~(CR_CLEAR_Mask<

tmpreg1|=tmpreg2<

DAC->CR=tmpreg1;

DAC->CR|=CR_EN_Set<

DAC2_SetData(0x000);

#endif

}

void DAC1_SetData(u16 data)

{

DAC->DHR12R1=data;//通道1的12位右對齊數(shù)據(jù)

DAC->SWTRIGR|=0x01;//軟件啟動轉(zhuǎn)換

}

void DAC2_SetData(u16 data)

{

DAC->DHR12R2=data;//

DAC->DHR12R2=data;//通道2的12位右對齊數(shù)據(jù)

DAC->SWTRIGR|=0x02;//軟件啟動轉(zhuǎn)換

}

定時器中斷服務(wù)程序：

void TIM3_IRQHandler(void)

{

u16 temp;

if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中斷

{

if(CHanalnum==1)//單聲道

{

if(Bitnum==8)//8位精度

{

DAC->DHR12R1=wav_buf[DApc]*10/volume;

DAC->DHR12R2=wav_buf[DApc]*10/volume;

DAC->SWTRIGR |=0x01;

DApc++;

}

else if(Bitnum==16)

{

temp=(((u8)(wav_buf[DApc+1]-0x80)<<4)|(wav_buf[DApc]>>4))*10/volume;

DAC->DHR12L1=temp;

DAC->DHR12L2=temp;

DAC->SWTRIGR|=0x01;

DApc+=2;

}

}

else if(CHanalnum==2)

{

if(Bitnum==8)

{

DAC->DHR12R1=wav_buf[DApc]*10/volume;

DApc++;

DAC->DHR12R2=wav_buf[DApc]*10/volume;

DApc++;

DAC->SWTRIGR|=0x01;

}

else if(Bitnum==16)

{ DAC->DHR12L1=(((u8)(wav_buf[DApc+1]-0x80)<<4)|(wav_buf[DApc]>>4))*10/volume; DApc+=2; DAC->DHR12L2=(((u8)(wav_buf[DApc+1]-0x80)<<4)|(wav_buf[DApc]>>4))*10/volume;

DApc+=2;

DAC->SWTRIGR|=0x01;

}

}

if(DApc==16384)

{

DApc=0;

DACdone=1;

}

}

TIM3->SR&=~(1<<0);

}

WAV初始化：

u8 WAV_Init(u8* wav_buf)

{

if(Check_Ifo(wav_buf,"RIFF"))

return 1;

wav1.wavlen=Get_num(wav_buf+4,4);

printf("\n\rwav1.wavlen = %ld\n\r",wav1.wavlen);

//if(Check_Ifo(wav_buf+8,"WAVE"))return 2;//WAVE錯誤標(biāo)志

//if(Check_Ifo(wav_buf+12,"fmt "))return 3;//fmt錯誤標(biāo)志

wav1.formart=Get_num(wav_buf+20,2);//格式類別

printf("\n\rwav1.formart = %d\n\r",wav1.formart);

wav1.CHnum=Get_num(wav_buf+22,2);//通道數(shù)

printf("\n\rwav1.CHnum = %d\n\r",wav1.CHnum);

CHanalnum=wav1.CHnum;

wav1.SampleRate=Get_num(wav_buf+24,4);//采樣率

printf("\n\rwav1.SampleRate = %ld\n\r",wav1.SampleRate);

wav1.speed=Get_num(wav_buf+28,4);//音頻轉(zhuǎn)換數(shù)率

printf("\n\rwav1.speed = %ld\n\r",wav1.speed);

wav1.ajust=Get_num(wav_buf+32,2);//數(shù)據(jù)塊調(diào)速數(shù)

printf("\n\rwav1.ajust = %d\n\r",wav1.ajust);

wav1.SampleBits=Get_num(wav_buf+34,2);//樣本數(shù)據(jù)位數(shù)

printf("\n\rwav1.SampleBits = %d\n\r",wav1.SampleBits);

Bitnum=wav1.SampleBits;

//if(Check_Ifo(wav_buf+36,"data"))return 4;//數(shù)據(jù)標(biāo)志錯誤

wav1.DATAlen=Get_num(wav_buf+40,4);//數(shù)據(jù)長度

printf("\n\rwav1.DATAlen = %d\n\r",wav1.DATAlen);

if(wav1.wavlen<0x100000)

{

printf("\n\rwav1.wavlen = %dkb\n\r",(wav1.wavlen)>>10);

}

else

{

printf("\n\rwav1.wavlen = %dMb\n\r",(wav1.wavlen)>>20);

}

if(wav1.formart==1)

printf("\n\rWAV PCM\n\r");

if(wav1.CHnum==1)

printf("\n\rsingle\n\r");

else

printf("\n\rstereo\n\r");

printf("\n\rwav1.SampleRate = %dkHz\n\r",(wav1.SampleRate)/1000);

printf("\n\rwav1.speed = %dbps\n\r",(wav1.speed)/1000);

printf("\n\rwav1.SampleBits = %dbit\n\r",wav1.SampleBits);

return 0;

}

u8 Check_Ifo(u8* pbuf1,u8* pbuf2)

{

u8 i;

for(i=0;i<4;i++)

if(pbuf1!=pbuf2)

return 1;

return 0;

}

u32 Get_num(u8* pbuf,u8 len)

{

u32 num;

if(len==2)num=(pbuf[1]<<8)|pbuf[0];

else if(len==4)num=(pbuf[3]<<24)|(pbuf[2]<<16)|(pbuf[1]<<8)|pbuf[0];

return num;

}

WAV播放：

u8 Playwav(char *file)

{

FIL fwav;

FRESULT Res;

UINT BR;

unsigned char i;

unsigned int times;

Res = f_open(&fwav, file, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);

if(Res != FR_OK)

{

printf("\n\ropen file error : %d\n\r",Res);

}

else

{

Res = f_read(&fwav, wav_buf, sizeof(wav_buf), &BR); /* Read a chunk of src file */

if(Res==FR_OK)

{

WAV_Init(wav_buf);

DACdone=0;

DApc=44; //跳過頭信息

Timerx_Init(1000000/wav1.SampleRate,72); //定時器初始化

times=(wav1.DATAlen>>10)-1; //計算數(shù)據(jù)大小

for(i=0;i

{

while(!DACdone);//等待前面16384字節(jié)轉(zhuǎn)換完成 DACdone=0;

Res = f_read(&fwav, wav_buf, 16384, &BR);

while(!DACdone);// 等待前面16384字節(jié)轉(zhuǎn)換完成

DACdone=0;

Res = f_read(&fwav, wav_buf, 16384, &BR);//讀取數(shù)據(jù)

}

}

else

{

printf("\n\rread file error : %d\n\r",Res);

}

f_close(&fwav);

}

return 0;

}