使用 fopen_s读取一个wav文件并对其求WVD并输出WVD结果不使用库函数C语言

要使用C语言读取一个wav文件，需要了解一下wav文件的格式。wav文件由两个部分组成：文件头和音频数据。文件头包含一些描述音频的信息（如采样率、声道数等），而音频数据则是实际的音频信号。

以下是一个简单的读取wav文件的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h> //需要用到int16_t类型

#define BUFFER_SIZE 1024

int main()
{
    FILE *fp;
    char filename[] = "test.wav";
    uint16_t buffer[BUFFER_SIZE];
    int bytes_per_sample;
    int num_samples;
    int sample_rate;
    int num_channels;

    //打开文件
    fopen_s(&fp, filename, "rb");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file\n");
        return -1;
    }

    //读取文件头
    fseek(fp, 22, SEEK_SET);
    fread(&num_channels, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 34, SEEK_SET);
    fread(&bytes_per_sample, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 24, SEEK_SET);
    fread(&sample_rate, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 40, SEEK_SET);
    fread(&num_samples, sizeof(uint16_t), 1, fp);

    //读取音频数据
    fseek(fp, 44, SEEK_SET);
    while (fread(buffer, sizeof(uint16_t), BUFFER_SIZE, fp) > 0) {
        //在这里可以对buffer进行处理
    }

    //关闭文件
    fclose(fp);

    return 0;
}

读取完wav文件之后，就可以对它进行WVD变换了。WVD变换需要用到时域信号的一阶导数和二阶导数，因此需要先对音频信号进行微分。具体步骤如下：

1. 将音频信号分为若干个重叠的帧，每帧大小为N；
2. 对每帧信号进行微分，得到一阶导数和二阶导数；
3. 将一阶导数和二阶导数按照时间和频率进行外积，得到WVD。

以下是一个简单的求WVD的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h> //需要用到int16_t类型
#include <math.h>

#define BUFFER_SIZE 1024
#define FRAME_SIZE 256

void diff(uint16_t *input, int len, int16_t *output)
{
    for (int i = 0; i < len-1; i++) {
        output[i] = (int16_t)(input[i+1] - input[i]);
    }
    output[len-1] = output[len-2];
}

void wvd(int16_t *input, int len, float *output, int nfft)
{
    float *spec1 = (float *)malloc(nfft * sizeof(float));
    float *spec2 = (float *)malloc(nfft * sizeof(float));
    float *spec3 = (float *)malloc(nfft * sizeof(float));
    float *wvd = output;

    for (int i = 0; i < len; i += FRAME_SIZE/2) {
        //取一帧数据
        uint16_t frame[FRAME_SIZE];
        for (int j = 0; j < FRAME_SIZE; j++) {
            if (i+j < len) {
                frame[j] = (uint16_t)input[i+j];
            } else {
                frame[j] = 0;
            }
        }

        //计算一阶导数和二阶导数
        int16_t diff1[FRAME_SIZE];
        int16_t diff2[FRAME_SIZE];
        diff(frame, FRAME_SIZE, diff1);
        diff(diff1, FRAME_SIZE, diff2);

        //计算WVD
        for (int n = 0; n < nfft; n++) {
            spec1[n] = 0.0;
            spec2[n] = 0.0;
            spec3[n] = 0.0;
        }
        for (int m = 0; m < FRAME_SIZE; m++) {
            for (int n = 0; n < nfft; n++) {
                float w = 2.0 * M_PI * m * n / nfft;
                float cosw = cos(w);
                float sinw = sin(w);
                spec1[n] += frame[m] * cosw;
                spec2[n] += diff1[m] * cosw;
                spec3[n] += diff2[m] * cosw;
            }
        }
        for (int n = 0; n < nfft; n++) {
            for (int k = 0; k < nfft; k++) {
                int m = n + k - nfft/2;
                if (m >= 0 && m < nfft) {
                    wvd[n*nfft+k] += spec1[n]*spec2[m]*spec3[k];
                }
            }
        }
    }

    free(spec1);
    free(spec2);
    free(spec3);
}

int main()
{
    FILE *fp;
    char filename[] = "test.wav";
    uint16_t buffer[BUFFER_SIZE];
    int bytes_per_sample;
    int num_samples;
    int sample_rate;
    int num_channels;

    //打开文件
    fopen_s(&fp, filename, "rb");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file\n");
        return -1;
    }

    //读取文件头
    fseek(fp, 22, SEEK_SET);
    fread(&num_channels, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 34, SEEK_SET);
    fread(&bytes_per_sample, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 24, SEEK_SET);
    fread(&sample_rate, sizeof(uint16_t), 1, fp);
    fseek(fp, 40, SEEK_SET);
    fread(&num_samples, sizeof(uint16_t), 1, fp);

    //读取音频数据
    int16_t *audio_data = (int16_t *)malloc(num_samples * sizeof(int16_t));
    fseek(fp, 44, SEEK_SET);
    fread(audio_data, sizeof(uint16_t), num_samples, fp);

    //关闭文件
    fclose(fp);

    //计算WVD
    int nfft = 2048;
    float *wvd_data = (float *)calloc(nfft * nfft, sizeof(float));
    wvd(audio_data, num_samples, wvd_data, nfft);

    //输出WVD结果
    for (int n = 0; n < nfft; n++) {
        for (int k = 0; k < nfft; k++) {
            printf("%f ", wvd_data[n*nfft+k]);
        }
        printf("\n");
    }

    free(audio_data);
    free(wvd_data);

    return 0;
}

需要注意的是，以上代码并没有进行任何优化，仅仅是为了演示WVD变换的基本过程。实际应用中需要考虑到性能和精度的平衡，可能需要使用更高效的算法和数据结构。