将 32 位浮点数转换为 16 位 PCM 范围

Posted 2023-02-25

【中文标题】将 32 位浮点数转换为 16 位 PCM 范围

【英文标题】：Convert 32-bit Floating Points to 16-bit PCM range

【发布时间】：2017-05-09 22:49:13

【问题描述】：

我有一些由 javascript html5 网络音频 api 生成的数据。它生成Float32Array，一个 32 位浮点数组，介于 -1 和 1 之间。我使用 websocket 将数据流式传输到我的服务器。

我需要将 32 位浮点数转换为介于 -32768 和 +32767（16 位有符号整数）之间的 16 位 PCM 范围。这样就可以将数据用作 wav 文件。

我在转换时遇到问题。我怀疑答案是使用 struct 模块，但我无法获得正确的格式。

【问题讨论】：

struct 模块不能直接在这些类型之间进行转换。它只能将 32 位浮点值解包为 Python 浮点数，并将 Python int 打包为 16 位整数。它也不会进行您需要的范围转换。

【参考方案1】：

这是一个 Python 2.7 示例程序，它读取包含原始 32 位浮点音频样本的文件并创建一个 WAV 文件，其中包含这些样本转换后的 16 位有符号整数样本：

import sys
import array
import struct
import wave

def convert(fin, fout, chunk_size = 1024 * 1024):
    chunk_size *= 4    # convert from samples to bytes

    waveout = wave.open(fout, "wb")
    waveout.setparams((1, 2, 44100, 0, "NONE", ""))

    while True:
        raw_floats = fin.read(chunk_size)
        if raw_floats == "":
            return
        floats = array.array('f', raw_floats)
        samples = [sample * 32767
                   for sample in floats]
        raw_ints = struct.pack("<%dh" % len(samples), *samples)
        waveout.writeframes(raw_ints)

convert(open(sys.argv[1], "rb"), open(sys.argv[2], "wb"))

代码使用array.array 将32 位浮点样本转换为Python 浮点数，因为它应该比struct.unpack 快一点。它还使用本机机器字节顺序，就像Float32Array 一样。无法使用array.array 创建 16 位整数样本，因为无论本机机器顺序如何，它们都需要使用小端字节序。范围转换由简单的 Python 代码处理。

【讨论】：

感谢您的帮助。我已将代码简化为：gist.github.com/richtier/6b05b2bb3ceff20f3d9557227b8789c6，但是当我使用此处定义的字节时：pastebin.com/raw/yCQ8Bg5w 我得到错误struct.error: required argument is not an integer 此时samples 看起来像例如[505.00430237688124, 487.5382216461003, 471.0005183443427, 440.09429602883756]，这是有道理的因为samples 仍然是一个浮动列表

@rikAtee 你用的是什么版本的 Python？

3.5.2 在单独的注释中添加以下内容时，我认为它开始表现自己：samples = [int(sample * 32767) for sample in floats]

是的，我使用的是 2.7，似乎没有那么挑剔。使用int(sample * 32767) 应该可以解决问题。