手工制作Wav文件以及生成播放数据

上一个帖子写了如何播放wave文件, 除了用已有资源之外, 还可以自己生成wave文件来播放, 因为wave文件很简单, 就是一个文件头, 剩下的都是PCM数据. 
这个帖子写写怎么生成wave文件, 或者干脆不要文件头, 直接生成播放内容.
生成wave文件很多种语言都有library与API, 这里为求简单, 自己定义一个文件头格式, 整个生成就是一个单cpp文件.
这里是一个wave文件头的参考:  http://www.topherlee.com/software/pcm-tut-wavformat.html
根据此文件设计文件头结构体如下:

1. struct SimpleWavHdr
   
2. {
   
3.         FOURCC RiffHdr;        //"RIFF"
   
4.                 
   
5.         uint32_t ChunkSize;        //file size - 8
   
6. 
   
7.         FOURCC WavHdr;//"WAVE"
   
8.         FOURCC FmtHdr; //"fmt "
   
9.     uint32_t HdrLen; //16, length of above
   
10. 
    
11.         uint16_t DataType; //1->PCM
    
12.         uint16_t ChanNo; //1 Channel
    
13.                 
    
14.         uint32_t SampleRate;//8000 Hz
    
15.         uint32_t SamplePerSec; //8000 sample per second
    
16.                 
    
17.     uint16_t BytePerSample;//Bytes per sample
    
18.         uint16_t BitsPerSample;//Bits per sample
    
19.                 
    
20.         FOURCC dataHdr;//"data"
    
21.                 
    
22.         uint32_t RawSize;//data size from this point
    
23. };

复制代码

根据要生成的音频的采样率,声道,位长填写此结构体, 并放在wave文件的前面, 后面跟上PCM数据, 那么这个wave文件就做成了. 可以在任何设备的播放器播放以验证效果, 也可以按照上一个帖子的方法下载到板子上去播放.
先来生成一个600Hz的纯正弦波信号看看. 整个cpp代码也就这么点:

1. #include <process.h>
   
2. #include <windows.h>
   
3. #include <mmsystem.h>
   
4. 
   
5. #include <cstdint>
   
6. #include <iostream>
   
7. #include <vector>
   
8. 
   
9. #define _USE_MATH_DEFINES
   
10. #ifdef _MATH_DEFINES_DEFINED
    
11. #undef _MATH_DEFINES_DEFINED
    
12. #endif
    
13. 
    
14. #include <math.h>
    
15. 
    
16. #pragma comment(lib, "Winmm.lib")
    
17. #pragma comment(lib, "user32.lib")
    
18. 
    
19. using namespace std;
    
20. 
    
21. #ifndef M_PI
    
22. #define M_PI                3.14159265358979323846
    
23. #endif
    
24. 
    
25. struct SimpleWavHdr
    
26. {
    
27.         FOURCC RiffHdr;        //"RIFF"
    
28.                 
    
29.         uint32_t ChunkSize;        //file size - 8
    
30. 
    
31.         FOURCC WavHdr;//"WAVE"
    
32.         FOURCC FmtHdr; //"fmt "
    
33.     uint32_t HdrLen; //16, length of above
    
34. 
    
35.         uint16_t DataType; //1->PCM
    
36.         uint16_t ChanNo; //1 Channel
    
37.                 
    
38.         uint32_t SampleRate;//8000 Hz
    
39.         uint32_t SamplePerSec; //8000 sample per second
    
40.                 
    
41.     uint16_t BytePerSample;//Bytes per sample
    
42.         uint16_t BitsPerSample;//Bits per sample
    
43.                 
    
44.         FOURCC dataHdr;//"data"
    
45.                 
    
46.         uint32_t RawSize;//data size from this point
    
47. };
    
48. 
    
49. void WinWavPlay(void);
    
50. 
    
51. #define TEST_SAMPLE_RATE    22050
    
52. #define TEST_SAMPLE_LEN_SEC    2
    
53. 
    
54. #define TEST_SAMPLE_NUM (TEST_SAMPLE_RATE*TEST_SAMPLE_LEN_SEC)
    
55. 
    
56. #define CHAN_NO 2
    
57. #define SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_CH_MONO    2
    
58. #define SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH (SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_CH_MONO * CHAN_NO)
    
59. #define BITS_PER_BYTE   8
    
60. 
    
61. #define SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO    (SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_CH_MONO * BITS_PER_BYTE)
    
62. #define SAMPLE_SIZE_IN_BITS_ALL_CH (SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO * CHAN_NO)
    
63. 
    
64. #define AUDIO_HZ  600
    
65. #define AUDIO_CYCLE (TEST_SAMPLE_RATE/AUDIO_HZ)
    
66. 
    
67. #define UINT8_HIGH  (UINT8_MAX/2)
    
68. #define UINT8_LOW   0
    
69. 
    
70. #define UINT16_HIGH  (UINT16_MAX/2)
    
71. #define UINT16_LOW   0
    
72. 
    
73. #define INT16_HIGH  (INT16_MAX/2)
    
74. #define INT16_LOW   (0-INT16_HIGH)
    
75. 
    
76. const char TEST_WAV_NAME[]= "TestWav16bit_2ch_22K5_Sine600.wav";
    
77. 
    
78. HANDLE hData  = NULL;  // handle of waveform data memory 
    
79. HPSTR  lpData = NULL;  // pointer to waveform data memory 
    
80. 
    
81. SimpleWavHdr  wavHdr;
    
82. 
    
83. int main(int argc, char** argv)
    
84. {
    
85.     FILE* fp = NULL;
    
86. 
    
87.     ZeroMemory( &wavHdr, sizeof(wavHdr));
    
88.       
    
89.         //Fill the header of the wave file
    
90.     wavHdr.RiffHdr = FOURCC_RIFF;
    
91. 
    
92.     wavHdr.ChunkSize = sizeof(wavHdr)-8 +  SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH * TEST_SAMPLE_NUM;
    
93. 
    
94.     wavHdr.WavHdr = mmioFOURCC('W','A','V','E');
    
95.     wavHdr.FmtHdr = mmioFOURCC('f','m','t',' ');
    
96.     wavHdr.HdrLen = 16;
    
97. 
    
98.     wavHdr.DataType = WAVE_FORMAT_PCM;
    
99.     wavHdr.ChanNo = CHAN_NO;
    
100.     wavHdr.SampleRate = TEST_SAMPLE_RATE;
     
101. 
     
102.     wavHdr.SamplePerSec = TEST_SAMPLE_RATE  * SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH;
     
103. 
     
104.     wavHdr.BytePerSample = SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH;
     
105. 
     
106.     wavHdr.BitsPerSample = SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO;
     
107. 
     
108.     wavHdr.dataHdr = mmioFOURCC('d','a','t','a');
     
109. 
     
110.     wavHdr.RawSize =  SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH * TEST_SAMPLE_NUM;
     
111. 
     
112.     fp = fopen(TEST_WAV_NAME, "wb");
     
113.     fwrite(&wavHdr, sizeof(wavHdr), 1, fp);
     
114. 
     
115.     uint8_t testByte;
     
116. 
     
117.     uint16_t test_16bit_2ch[2];
     
118. 
     
119.         //Generate and save the content
     
120.     for(auto i=0; i<TEST_SAMPLE_NUM; ++i)
     
121.     {
     
122.                 //Pure Sine Wave
     
123.         test_16bit_2ch[0] = (uint16_t)((INT16_MAX)*(sin(M_PI*2*(i%AUDIO_CYCLE*1.0)/AUDIO_CYCLE)));
     
124.         test_16bit_2ch[1] = test_16bit_2ch[0];
     
125.                 
     
126.                 //(uint16_t) ((i%AUDIO_CYCLE)>(AUDIO_CYCLE/2))?INT16_HIGH:INT16_LOW;;
     
127. 
     
128.          //some decay effect
     
129. //         test_16bit_2ch[0] = test_16bit_2ch[0] * (i+1)/TEST_SAMPLE_NUM;
     
130.         //test_16bit_2ch[1] = test_16bit_2ch[1] * (i+1)/TEST_SAMPLE_NUM;
     
131. 
     
132.         fwrite((const void*)&test_16bit_2ch, sizeof(test_16bit_2ch[0]), 2, fp);
     
133.     }
     
134. 
     
135.     fclose(fp);
     
136. 
     
137.         //Call this function to play it with windows to verify the content
     
138.     //WinWavPlay();
     
139. 
     
140.     return 0;
     
141. }
     

复制代码

使用VC的命令行工具编译成执行文件并运行,一切无误的话会在当前文件夹生成名为TestWav16bit_2ch_22K5_Sine600.wav的文件,用任何播放器均可播放,下面是它的形状:

将生成数据的代码那里改成这样就成生成同频率的方波:

1.                 //Square
   
2.         test_16bit_2ch[0] = (uint16_t) ((i%AUDIO_CYCLE)>(AUDIO_CYCLE/2))?INT16_HIGH:INT16_LOW;;
   
3.         test_16bit_2ch[1] = test_16bit_2ch[0];        

复制代码

同样编译运行,注意改生成文件名字. 这是生成文件的形状:

如果你试着比较听一下, 600Hz的正弦波明显比同频率方波听起来柔和一点.
这两个文件都可以直接下载到板子上进行播放, 注意改文件后缀名与文件大小定义即可.详情请参阅第一篇帖子.
这里把生成的两个wave文件附上来以作参考:

当然修改算法, 可以生成各种各样的波形, 如果感兴趣, 可以自己试试改一改, 听一听.
比如把生成数据的代码改成:

1.                 //Random noise
   
2.         test_16bit_2ch[0] = (uint16_t) rand();
   
3.         test_16bit_2ch[1] = test_16bit_2ch[0];

复制代码

那么生成的就是伪随机数据, 听起来就是噪音.


接下来用板子直接生成波形播放,直接生成跟上面的上位机程序基本上一样, 只是把前面header丢掉直接播放内容即可, 但是官方例程里面buffer操作写的有些晦涩, 看起来不容易明白.
他buffer操作这样的:
首先填写完一个整burfer,开始DMA播放
DMA完成一半的时候,这时候要填写第一半已经播放完的buffer,
DMA完成后填写后面一半这时候因为DMA设置成Cicular模式,所以播放没有停顿
最后数据不足以填写一半buffer的时候又从头开始取数据
把上面生成数据的代码复制在第一次填写buffer与每次半填写buffer的地方就可以了:

1.   /* Initialize the data buffer */
   
2.   for(PlaybackPosition=PLAY_HEADER; 
   
3.                         PlaybackPosition < (PLAY_HEADER+PLAY_BUFF_SIZE);
   
4.                         PlaybackPosition+=2)
   
5.   {
   
6.                 test_x_index = (PlaybackPosition-PLAY_HEADER)/2;
   
7.    // PlayBuff[PlaybackPosition]=*((__IO uint16_t *)(AUDIO_FILE_ADDRESS + PlaybackPosition));      
   
8.                 if(0==(PlaybackPosition%2))
   
9.                 {
   
10.                         //First Chanel        
    
11.                         #ifdef TEST_NOISE
    
12.                         //Noise
    
13.                         test_16bit_data = (uint16_t) rand();
    
14.                         #endif
    
15.                         
    
16.                         #ifdef TEST_SINE
    
17.                         //Sine 600Hz
    
18.                         test_16bit_data = (uint16_t)((INT16_MAX)*(sin(M_PI*2*(test_x_index%AUDIO_CYCLE*1.0)/AUDIO_CYCLE)));                
    
19.                         #endif
    
20.                         
    
21.                         #ifdef TEST_SQUARE
    
22.                         //Square 600Hz
    
23.                         test_16bit_data = (uint16_t) ((test_x_index%AUDIO_CYCLE)>(AUDIO_CYCLE/2))?INT16_HIGH:INT16_LOW;;                        
    
24.                         #endif                
    
25.                         
    
26.                         PlayBuff[PlaybackPosition] = test_16bit_data;
    
27.                 }
    
28.                 else
    
29.                 {
    
30.                         //Second Chanel
    
31.                         PlayBuff[PlaybackPosition] = test_16bit_data;                        
    
32.                 }
    
33.   }

复制代码

1. /* Upate the first or the second part of the buffer */
   
2.     for(int i = 0; i < PLAY_BUFF_SIZE/2; i++)
   
3.     {
   
4. //      PlayBuff[i+position] = *(uint16_t *)(AUDIO_FILE_ADDRESS + PlaybackPosition);
   
5.             test_x_index = (PlaybackPosition-PLAY_HEADER)/2;
   
6.          // PlayBuff[PlaybackPosition]=*((__IO uint16_t *)(AUDIO_FILE_ADDRESS + PlaybackPosition));      
   
7.             if(0==(PlaybackPosition%2))
   
8.             {
   
9.                 //First Chanel            
   
10.                 #ifdef TEST_NOISE
    
11.                 //Noise
    
12.                 test_16bit_data = (uint16_t) rand();
    
13.                 #endif
    
14.                 
    
15.                 #ifdef TEST_SINE
    
16.                 //Sine 600Hz
    
17.                 test_16bit_data = (uint16_t)((INT16_MAX)*(sin(M_PI*2*(test_x_index%AUDIO_CYCLE*1.0)/AUDIO_CYCLE)));        
    
18.                 #endif
    
19.                 
    
20.                 #ifdef TEST_SQUARE
    
21.                 //Square 600Hz
    
22.                 test_16bit_data = (uint16_t) ((test_x_index%AUDIO_CYCLE)>(AUDIO_CYCLE/2))?INT16_HIGH:INT16_LOW;;            
    
23.                 #endif
    
24.                 
    
25.                 PlayBuff[i+position] = test_16bit_data;
    
26.             }
    
27.             else
    
28.             {
    
29.                 //Second Chanel
    
30.                 PlayBuff[i+position] = test_16bit_data;            
    
31.             }            
    
32.             
    
33.       PlaybackPosition+=2; 
    
34.     }
    

复制代码

感兴趣的可以对比一下,声音效果跟电脑上生成的wave文件烧写进去应该是一样的.
后续有心得再来发帖.