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语言并解释代码

时间: 2024-05-15 19:13:45 浏览: 10
以下是使用 C 语言读取一个 WAV 文件并对其求 WVD(Wigner Ville Distribution,即维格纳分布)的代码,并输出 WVD 结果: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 // 定义复数结构体 typedef struct { double real; // 实部 double imag; // 虚部 } complex; // 计算 WVD void wvd(complex *x, int N, double *W) { int i, j; double t; complex *X = (complex *)malloc(N * sizeof(complex)); complex *Y = (complex *)malloc(N * sizeof(complex)); complex *Z = (complex *)malloc(N * sizeof(complex)); // FFT for (i = 0; i < N; i++) { X[i].real = x[i].real; X[i].imag = x[i].imag; Y[i].real = 0.0; Y[i].imag = 0.0; Z[i].real = 0.0; Z[i].imag = 0.0; } fft(X, N, 1); // 做正向 FFT for (i = 0; i < N; i++) { t = 2.0 * PI * i / N; for (j = 0; j < N; j++) { Y[j].real = x[j].real * cos(t) + x[j].imag * sin(t); Y[j].imag = -x[j].real * sin(t) + x[j].imag * cos(t); } fft(Y, N, 1); // 做正向 FFT for (j = 0; j < N; j++) { Z[j].real += X[j].real * Y[j].real - X[j].imag * Y[j].imag; Z[j].imag += X[j].real * Y[j].imag + X[j].imag * Y[j].real; } } fft(Z, N, -1); // 做反向 FFT for (i = 0; i < N; i++) { W[i] = Z[i].real / (double)N; } free(X); free(Y); free(Z); } // 做 DFT/FFT void fft(complex *x, int N, int inv) { int i, j, k, s, p; int *bit = (int *)malloc(N * sizeof(int)); complex t, u, v; for (i = 0; i < N; i++) { bit[i] = 0; j = i; for (k = 0; k < log2(N); k++) { bit[i] <<= 1; bit[i] |= (j & 1); j >>= 1; } } for (i = 0; i < N; i++) { if (i < bit[i]) { t.real = x[i].real; t.imag = x[i].imag; x[i].real = x[bit[i]].real; x[i].imag = x[bit[i]].imag; x[bit[i]].real = t.real; x[bit[i]].imag = t.imag; } } for (s = 1; s <= log2(N); s++) { p = pow(2, s); for (k = 0; k < N; k += p) { for (j = 0; j < p / 2; j++) { t.real = cos(-2 * PI * j / p); t.imag = sin(-2 * PI * j / p); u.real = x[k + j].real; u.imag = x[k + j].imag; v.real = t.real * x[k + j + p / 2].real - t.imag * x[k + j + p / 2].imag; v.imag = t.real * x[k + j + p / 2].imag + t.imag * x[k + j + p / 2].real; x[k + j].real = u.real + v.real; x[k + j].imag = u.imag + v.imag; x[k + j + p / 2].real = u.real - v.real; x[k + j + p / 2].imag = u.imag - v.imag; } } } if (inv == -1) { // 反向 FFT for (i = 0; i < N; i++) { x[i].real /= (double)N; x[i].imag /= (double)N; } } free(bit); } int main() { FILE *fp; char filename[] = "test.wav"; char riff[4]; unsigned int chunk_size, subchunk1_size, subchunk2_size; unsigned short audio_format, num_channels, bits_per_sample; unsigned int sample_rate, byte_rate; unsigned int i, j, k, N; double duration, *data, *W; // 打开 WAV 文件 if (fopen_s(&fp, filename, "rb") != 0) { printf("Cannot open file %s!\n", filename); return 1; } // 读取 WAV 文件头 fread(riff, sizeof(char), 4, fp); fread(&chunk_size, sizeof(unsigned int), 1, fp); fread(riff, sizeof(char), 4, fp); fread(riff, sizeof(char), 4, fp); fread(riff, sizeof(char), 4, fp); fread(&subchunk1_size, sizeof(unsigned int), 1, fp); fread(&audio_format, sizeof(unsigned short), 1, fp); fread(&num_channels, sizeof(unsigned short), 1, fp); fread(&sample_rate, sizeof(unsigned int), 1, fp); fread(&byte_rate, sizeof(unsigned int), 1, fp); fread(riff, sizeof(char), 2, fp); fread(&bits_per_sample, sizeof(unsigned short), 1, fp); fread(riff, sizeof(char), 4, fp); fread(&subchunk2_size, sizeof(unsigned int), 1, fp); // 计算采样点数和采样时间 N = subchunk2_size * 8 / bits_per_sample / num_channels; duration = (double)N / sample_rate; // 读取数据 data = (double *)malloc(N * sizeof(double)); for (i = 0; i < N; i++) { if (bits_per_sample == 8) { data[i] = (double)(fgetc(fp) - 128); } else if (bits_per_sample == 16) { short s; fread(&s, sizeof(short), 1, fp); data[i] = (double)s; } else { printf("Unsupported bit depth %d!\n", bits_per_sample); return 1; } if (num_channels == 2) { if (bits_per_sample == 8) { fgetc(fp); } else if (bits_per_sample == 16) { short s; fread(&s, sizeof(short), 1, fp); } } } // 关闭 WAV 文件 fclose(fp); // 计算 WVD W = (double *)malloc(N * sizeof(double)); complex *x = (complex *)malloc(N * sizeof(complex)); for (i = 0; i < N; i++) { x[i].real = data[i]; x[i].imag = 0.0; } wvd(x, N, W); // 输出 WVD 结果 fp = fopen("wvd.txt", "wt"); for (i = 0; i < N; i++) { fprintf(fp, "%.8lf\n", W[i]); } fclose(fp); free(data); free(W); free(x); return 0; } ``` 该代码首先打开指定的 WAV 文件,读取 WAV 文件头并计算采样点数和采样时间。然后,它读取 WAV 文件中的数据并存储在一个 double 类型的数组中。接下来,它将数据转换为复数形式并调用 wvd 函数计算 WVD。最后,它将 WVD 结果输出到一个文本文件中。 其中,wvd 函数是计算 WVD 的核心函数。它首先对输入的复数数组进行 FFT 变换,然后将每个频率分量进行位移和幅度调整,最后再对变换后的结果进行反向 FFT 变换。这个过程可以用一个三重循环实现,其中第一重循环遍历所有频率分量,第二重循环遍历所有时间点,第三重循环用于进行 DFT/FFT 变换。由于 FFT 变换的复杂度为 O(N log N),因此 wvd 函数的时间复杂度为 O(N^2 log N)。

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