WAV（Waveform Audio File Format）是一种常见的音频文件格式，被广泛应用于声音录制、处理和储存。在音频处理和分析中，我们经常需要获取WAV文件中的采样数据，以此进行信号处理、频谱分析等工作。本文将介绍如何使用C++语言提取WAV音频采样数据。

1. 文件头解析

在C++中读取WAV文件，首先需要解析文件头，以获取音频格式、采样率、采样位数等关键信息。WAV文件头是由几个子块（chunk）构成的，其中最重要的是fmt和data块。fmt块描述了音频格式信息，而data块则包含了实际的采样数据。我们可以通过逐步读取子块，获取所需的信息。

下面是一个简单的实现示例：

struct WAVHeader {
  char chunkID[4];
  uint32_t chunkSize;
  char format[4];
  char subchunk1ID[4];
  uint32_t subchunk1Size;
  uint16_t audioFormat;
  uint16_t numChannels;
  uint32_t sampleRate;
  uint32_t byteRate;
  uint16_t blockAlign;
  uint16_t bitsPerSample;
  char subchunk2ID[4];
  uint32_t subchunk2Size;
};
// 解析WAV文件头，返回采样位数
int parseWAVHeader(const std::string& filename, WAVHeader& header) {
  std::ifstream ifs(filename, std::ios::binary);
  if (!ifs.good())
    return -1;
  
  ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&header), sizeof(header));
  if (std::string(header.chunkID, 4) != "RIFF"
    || std::string(header.format, 4) != "WAVE"
    || std::string(header.subchunk1ID, 4) != "fmt "
    || std::string(header.subchunk2ID, 4) != "data")
    return -2;
  
  return header.bitsPerSample;
}

2. 采样数据读取

解析WAV文件头后，就可以读取音频采样数据了。采样数据是由一系列数据点（sample）组成的，每个数据点代表了某一时刻的声音波形数据。采样数据的存储方式可以是原始数据（PCM）或者压缩数据（比如MP3等）。在C++中，我们通常使用fstream库中的read函数来读取采样数据。

下面是一个简单的读取WAV文件采样数据的示例：

// 读取WAV文件采样数据，返回采样数据指针和采样点数
std::pair<double*, int> readWAVSamples(const std::string& filename, int bitsPerSample) {
  std::ifstream ifs(filename, std::ios::binary);
  WAVHeader header;
  ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&header), sizeof(header));
  ifs.seekg(header.subchunk1Size - 16, std::ios::cur);
  ifs.seekg(header.subchunk2Size, std::ios::cur);
  const int numSamples = header.subchunk2Size / (bitsPerSample / 8);
  double* samples = new double[numSamples];
  for (int i = 0; i < numSamples; i++) {
    if (bitsPerSample == 8) {
      int8_t sample;
      ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&sample), sizeof(sample));
      samples[i] = sample / 128.0;
    } else if (bitsPerSample == 16) {
      int16_t sample;
      ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&sample), sizeof(sample));
      samples[i] = sample / 32768.0;
    } else if (bitsPerSample == 32) {
      int32_t sample;
      ifs.read(reinterpret_cast<char*>(&sample), sizeof(sample));
      samples[i] = sample / 2147483648.0;
    }
  }
  return samples;
}

3. 示例代码

作者提供的完整代码可于下方链接中查看。

WAV文件提取是音频处理和分析的重要步骤，C++语言提供了丰富的库和函数，可以方便地进行音频文件的读取和解析。通过本文的介绍，希望读者可以更加熟悉WAV文件的结构和C++语言的使用，做出更好的音频处理和分析工作。

完整代码：https://github.com/ZJQ0306/wav_parser

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