标准pcm数据(正弦波方波三角波)解读

Posted 2022-09-18 dreaming-in-gottingen

一年前写了一个demo，用于生成几种标准的波形，如正弦波、方波、三角波。之前写的只有这几个功能：波形/通道/时长/频率的控制选择，这几天抽了些时间又加了增益控制功能。为了避免东西丢失或意外删除，特上传到github，有需要的可以自己下载验证。

在测量板子信号时，我们根据需要生成波形(wav封装)，将得到的文件放到板子存储设备中进行播放。记得以前调试时都是找一个同事（一个好耍的憨厚朴实纯真的兄弟，名字叫jiawei）临时要的，然而数量毕竟有限，因为我可能需要不同采样率/通道/增益/频率组合的信号。。。

下面结合git仓库中的CStandardWaveGenerator和Adobe Audition来介绍声音的一些概念。像声道、采样率、增益、频率、时长等概念。以后有时间了再另起博文补充傅里叶变换，利用这个demo生成所需要的信号源。

 

示例介绍

生成信号：正弦波 + 时长100ms + 周期10ms(频率100Hz) + 单声道 + 8k采样率 + 单声道 + 6dB

执行命令：./StandardWaveGenerator.exe 0 100 10 8000 1 -6

附带信息：get sin.wav with sample_rate=8000, channle=1, duration=100 ms, period=10 ms, gain=-6 dB, pcmLen:1600

得到文件sin.wav，用Audition解读：

 

 

信号解读

1.单双声道(channel)

这个通俗讲，你用几个mic去采集信号。如果是双声道，则上图有两个波形。双声道每次采样数据量为：2chn * 16bit(s16le) = 4Bytes

 

2.采样频率(sample_rate)

这个要与信号频率(周期信号的频率)做下区别。这个是指：每秒钟的采样次数。

就如上面示例图示，采样频率是8k，代表着1s内进行了8000次采样，而只保留了100ms的信号，因此数据量大小：8000 * 2Bytes * (100/1000) = 1600Bytes，从命令输出信息也可看到。

 

3.时长(duration)

这个文件的时间长度，示例中是100ms

 

4.信号频率/信号周期(frequence/period)

这个值代表信号多长时间后又开始重复，上面示例中使用了这个“period=10 ms”来控制，即T=10ms，那么f=1/T=100Hz，从图示下半部分可以看出信号的频率是100（明显的一条黄带）。

 

5.增益(gain)

这个可以表示声音的响度，其具体含义是信号与某一个值对比：20lg(V₁/V₂)，在音频里则与最大值V₂=2¹⁵=32768进行对比，那么-6dB的信号可以算出来其值为：2¹⁴=16384

例如，如果我们从文件中去找出最大值是多少来确认是否属实，可以按以下这么操作：

step1. 半波最大pcm值采样序号：10ms * (1/4) / 1000ms * 8000 = 20

step2. 在文件中的offset：44 + 20*2 = 84 = 0x54，其中44为wav_header，20*2中的2代表每次采样的2Bytes

step3. 用winhex进行查找(alt+g)：得到 25 40

 

 step4. 25 40代表值多少呢？由于存储格式为S16LE，S(signed)代表有符号，LE(little endian)为小端存储（先存低字节，再存高字节），那么这个采样值为0x4025 = 16421，大体上接近理论值16384。