c# - 从 .WAV 文件中读取 24 位样本

Question

我了解如何从 .wav 文件中读取 8 位、16 位和 32 位样本(PCM 和 float )，因为(方便地).Net Framework 有一个那些精确尺寸的内置积分类型。但是，我不知道如何读取(和存储)24 位(3 字节)样本。

如何读取 24 位音频？有没有什么方法可以改变我当前读取 32 位音频的方法(如下)来解决我的问题？

private List<float> Read32BitSamples(FileStream stream, int sampleStartIndex, int sampleEndIndex)
{
    var samples = new List<float>();
    var bytes = ReadChannelBytes(stream, Channels.Left, sampleStartIndex, sampleEndIndex); // Reads bytes of a single channel.

    if (audioFormat == WavFormat.PCM)  // audioFormat determines whether to process sample bytes as PCM or floating point.
    {
        for (var i = 0; i < bytes.Length / 4; i++)
        {
            samples.Add(BitConverter.ToInt32(bytes, i * 4) / 2147483648f);
        }
    }
    else
    {
        for (var i = 0; i < bytes.Length / 4; i++)
        {
            samples.Add(BitConverter.ToSingle(bytes, i * 4));
        }
    }

    return samples;
}

Answer 1

读取(和存储)24 位样本非常简单。现在，正如您所说的那样，框架中不存在 3 字节整数类型，这意味着您有两种选择；创建您自己的类型，或者，您可以通过在样本字节数组的开头插入一个空字节 (0) 来填充 24 位样本，从而使它们成为 32 位样本(这样您就可以然后使用 int 来存储/操作它们)。

我将在后面解释和演示如何做(我认为这也是更简单的方法)。

首先，我们必须了解 24 位样本如何存储在 int 中，

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ MSB ~ ~ 2^ndMSB ~ ~ 2^ndLSB ~ ~ LSB ~ ~

24-bit sample: 11001101 01101001 01011100 00000000

32-bit sample: 11001101 01101001 01011100 00101001

^{MSB = 最高有效字节，LSB = 最低有效字节。}

正如您所看到的 24 位样本的 LSB 是 0，因此您所要做的就是用 声明一个 byte[] 4 元素，然后将示例的 3 个字节读入数组(从元素 1 开始)，这样您的数组如下所示 (有效地向左移动 8 位)，

myArray[0]: 00000000

myArray[1]: 01011100

myArray[2]: 01101001

myArray[3]: 11001101

一旦你的字节数组已满，你就可以将它传递给 BitConverter.ToInt32(myArray, 0); ，然后您需要将样本向8 位置移动到右边，以获得正确的 24 位整数表示形式的样本(来自-8388608到8388608);然后除以 8388608 将其作为浮点值。

所以，将所有这些放在一起你应该得到这样的结果，

^{请注意，我编写以下代码的目的是“易于理解”，因此这不是是最高效的方法，要获得更快的解决方案，请参阅代码在这个下面。}

private List<float> Read24BitSamples(FileStream stream, int startIndex, int endIndex)
{
    var samples = new List<float>();
    var bytes = ReadChannelBytes(stream, Channels.Left, startIndex, endIndex);
    var temp = new List<byte>();
    var paddedBytes = new byte[bytes.Length / 3 * 4];
    
    // Right align our samples to 32-bit (effectively bit shifting 8 places to the left).
    for (var i = 0; i < bytes.Length; i += 3)
    {
        temp.Add(0);            // LSB
        temp.Add(bytes[i]);     // 2nd LSB
        temp.Add(bytes[i + 1]); // 2nd MSB
        temp.Add(bytes[i + 2]); // MSB
    }

    // BitConverter requires collection to be an array.
    paddedBytes = temp.ToArray();
    temp = null;
    bytes = null;

    for (var i = 0; i < paddedBytes.Length / 4; i++)
    {
        samples.Add(BitConverter.ToInt32(paddedBytes, i * 4) / 2147483648f); // Skip the bit shift and just divide, since our sample has been "shited" 8 places to the right we need to divide by 2147483648, not 8388608.
    }

    return samples;
}

为了实现更快的¹ 实现，您可以改为执行以下操作，

private List<float> Read24BitSamples(FileStream stream, int startIndex, int endIndex)
{
    var bytes = ReadChannelBytes(stream, Channels.Left, startIndex, endIndex);
    var samples = new float[bytes.Length / 3];

    for (var i = 0; i < bytes.Length; i += 3)
    {
        samples[i / 3] = (bytes[i] << 8 | bytes[i + 1] << 16 | bytes[i + 2] << 24) / 2147483648f;
    }
    
    return samples.ToList();
}

---

¹ 根据之前的方法对上述代码进行基准测试后，该解决方案的速度大约提高了 450% 到 550%。