基于C的PCM音频数据的读取、处理与写入（一）

PCM音频数据，是模拟音频信号经过数模转换后直接形成的二进制序列，是一种罕见的音频文件格式，因此在对pcm文件进行读写的时候，要选用以二进制的形式打开。
此次读写的PCM文件，单声道，采样率是16KHz，分辨率是16位，也就是2个字节的长度。
在程序编写之前，要考虑一个问题，pcm文件内的数据为short型，我们调整音量倍数可能是float型，因此两者相乘后值为float型，若强行进行取整运算，则会对数据产生较大影响，即引入了较大噪声，因此我们通过以下流程进行实现：short_in→float_in→float_in*float_vol=float_out→short_out。
在short<—>float的转换中，我们利用了归一化的思想，通过几组数据，验证得出他们之间的替换关系，如下：

*short型数据，在人为查看时，并不能直观判定该数据大小，即并不知晓其占满量程的百分比，因此通常归一化为float数据，
    那如何进行short和float之间的转换那，可以用以下代码来验证，最后得出两个常量值，当short为负数时，除以32768，且要乘以-1，
    当short为正数时，除以32767，就可将short转换为float，当需要存储到文件的时候，再乘以相应的数值，转换为short后进行存储。*/
    
    const short MAX_VOL_S16_N = 32768;   //16Bit满量程转换
    const short MAX_VOL_S16_P = 32767;
    
  //  以下代码进行了short-float之间的转换
/*
    short test_a = 32767;
    float test_b = 0.5;
    short test_c = -32768;
    float test_d = -0.5;

    short tmp_s;
    short tmp_s2;
    float tmp_f;
    float tmp_f2;
    
      
    tmp_s=(short)(test_b*MAX_VOL_S16_P);
    tmp_s2=(short)(test_d*MAX_VOL_S16_N);

    tmp_f=(float)test_a/MAX_VOL_S16_P;
    tmp_f2=(float)test_c/MAX_VOL_S16_N;
 
    printf("%d\n",tmp_s); //运行结果为16383，符合预期
    printf("%f\n",tmp_f);//运行结果为1，符合预期
    printf("%d\n",tmp_s2);//运行结果为16384，不符合预期
    printf("%d\n",(short)(-1*test_d*MAX_VOL_S16_N));  //运行结果为-16383，符合预期
    printf("%f\n",tmp_f2);//运行结果为1，不符合预期
    printf("%f\n",(float)-1*test_c/MAX_VOL_S16_N); //运行结果为-1，符合预期
    */
    /*综上，4个可实现的变换中，有两个需要将待变换内容扩起来，可能和运算符的优先级有关，后续再探究。
    当待转换值为负值时，均需要乘以-1*/

得到上述关系后，下一步将进行pcm文件读取，并通过更改volume_adjust实现音量的调节，调节后的数据写入到另一PCM中，通过ocenaudio，可查看其幅值，以作验证。

//PCM音频文件，采样率16KHZ，分辨率16位，读取文件并调节音量即幅值后另存到另一PCM文件中。

#include
#include



int main()
{   
const short MAX_VOL_S16_N = 32768;   //16Bit满量程转换
const short MAX_VOL_S16_P = 32767;
//打开文件，读取，操作，并存入另一文件
    short in_data;
    short out_data;
    float in_data_f;
    float out_data_f;
    float volume_adjust=0;

    FILE *fp_in = fopen("file.pcm","rb");  //r是打开文本文件，rb是打开二进制文件
    FILE *fp_out=fopen("out.pcm","wb+");  //pcm文件是模拟音频信号经过数模转换后直接形成的二进制序列。这是一种十分罕见的音频文件格式。

    printf("请输入音量调节系数：");
    scanf("%f",&volume_adjust);
   
    while(!feof(fp_in))   //当文件不是文件尾时均执行后续代码
    {
         fread(&in_data,2,1,fp_in);
         
         if(in_data>=0)
         {
             in_data_f=(float)in_data/MAX_VOL_S16_P;
         }
         else
         {
         
             in_data_f=(float)-1*in_data/MAX_VOL_S16_N;
         }
        // printf("%f\n",in_data_f);
         
         out_data_f= in_data_f*volume_adjust; 
      
        if(out_data_f>=0)
            {
                out_data=(short)(out_data_f*MAX_VOL_S16_P);
             }
        else
            {
                out_data=(short)(-1*out_data_f*MAX_VOL_S16_N);
            }
     if(out_data>32767)
        {
            out_data = 32767;
        }
      else if(out_data<-32768)
        {
            out_data = -32768;
        }
      else
      {
          out_data = out_data;
      }
        //printf("%d",out_data);

        fwrite(&out_data,2,1,fp_out);
         printf("%d\t%f\t%d\t%f\t%f\n",in_data,in_data_f,out_data,out_data_f,volume_adjust);

     }
    
   
    fclose(fp_in);
    fclose(fp_out);
   

    return 0;

}

以上可基本实现要求的功能，有几个问题还需继续探究：
1、后续使用fopen_s替代fopen
2、由short-float转换式中出现的是否添加括号引申出的运算符的优先级的问题
3、传入指针参数时的保护
4、结构体的用法
5、左移右移操作
以上几个问题，将会结合下一篇代码进行分析。