使用 fopen_s读取一个wav文件并对其进行fft和STFT并输出结果c语言代码不使用fftw库函数并解释代码

时间: 2024-05-01 08:22:26 浏览: 78
以下是使用 C 语言实现读取 WAV 文件并对其进行 FFT 和 STFT 的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define BUFFER_SIZE 1024 #define PI 3.14159265358979323846 // 定义复数结构体 typedef struct { double real; double imag; } complex; // 读取 WAV 文件 int read_wav_file(const char *filename, short **samples, int *sample_rate, int *num_samples) { FILE *fp; int header_size, bytes_per_sample, num_channels, sample_rate_, num_samples_; short *samples_; fp = fopen(filename, "rb"); if (!fp) { return -1; } // 读取 WAV 头信息 fseek(fp, 22, SEEK_SET); fread(&num_channels, sizeof(short), 1, fp); fseek(fp, 34, SEEK_SET); fread(&sample_rate_, sizeof(int), 1, fp); fseek(fp, 40, SEEK_SET); fread(&bytes_per_sample, sizeof(short), 1, fp); fseek(fp, 44, SEEK_SET); fread(&num_samples_, sizeof(int), 1, fp); header_size = 44 + bytes_per_sample * num_samples_ - 8; // 分配空间并读取数据 samples_ = (short *)malloc(num_samples_ * sizeof(short)); fseek(fp, header_size, SEEK_SET); fread(samples_, sizeof(short), num_samples_, fp); fclose(fp); *samples = samples_; *sample_rate = sample_rate_; *num_samples = num_samples_; return 0; } // 计算 FFT void fft(complex *x, int n) { int i, j, k; int m, r; complex t, u; for (i = 0, j = 1; j < n - 1; j++) { for (k = n >> 1; k > (i ^= k); k >>= 1); if (j < i) { t = x[j]; x[j] = x[i]; x[i] = t; } } for (m = 2; m <= n; m <<= 1) { r = m >> 1; for (i = 0; i < n; i += m) { for (j = i, k = 0; j < i + r; j++, k += n / r) { t.real = x[j + r].real * cos(-2 * PI * k / n) + x[j + r].imag * sin(-2 * PI * k / n); t.imag = x[j + r].imag * cos(-2 * PI * k / n) - x[j + r].real * sin(-2 * PI * k / n); u.real = x[j].real; u.imag = x[j].imag; x[j].real = u.real + t.real; x[j].imag = u.imag + t.imag; x[j + r].real = u.real - t.real; x[j + r].imag = u.imag - t.imag; } } } } // 计算 STFT void stft(short *samples, int sample_rate, int num_samples, int window_size, int step, int fft_size, double ***stft_result, int *num_frames) { int i, j, k; int num_frames_, num_windows, num_bins; double *window, *windowed_samples; complex *x; double **stft_result_; // 计算窗函数 window = (double *)malloc(window_size * sizeof(double)); for (i = 0; i < window_size; i++) { window[i] = 0.5 - 0.5 * cos(2 * PI * i / (window_size - 1)); } // 计算 STFT num_frames_ = (num_samples - window_size) / step + 1; num_windows = window_size / 2 + 1; num_bins = fft_size / 2 + 1; stft_result_ = (double **)malloc(num_windows * sizeof(double *)); x = (complex *)malloc(fft_size * sizeof(complex)); windowed_samples = (double *)malloc(window_size * sizeof(double)); for (i = 0; i < num_windows; i++) { stft_result_[i] = (double *)malloc(num_bins * num_frames_ * sizeof(double)); } for (i = 0; i < num_samples - window_size; i += step) { // 加窗 for (j = 0; j < window_size; j++) { windowed_samples[j] = (double)samples[i + j] * window[j]; } // 补零 for (j = 0; j < fft_size - window_size; j++) { windowed_samples[j + window_size] = 0; } // 计算 FFT for (j = 0; j < fft_size; j++) { x[j].real = windowed_samples[j]; x[j].imag = 0; } fft(x, fft_size); // 计算 STFT for (j = 0; j < num_windows; j++) { for (k = 0; k < num_bins; k++) { stft_result_[j][i / step * num_bins + k] = sqrt(x[j * (num_bins - 1) / (num_windows - 1)].real * x[j * (num_bins - 1) / (num_windows - 1)].real + x[j * (num_bins - 1) / (num_windows - 1)].imag * x[j * (num_bins - 1) / (num_windows - 1)].imag); } } } free(window); free(windowed_samples); free(x); *stft_result = stft_result_; *num_frames = num_frames_; } int main() { short *samples; int sample_rate, num_samples; int window_size, step, fft_size; double **stft_result; int num_frames; int i, j; // 读取 WAV 文件 if (read_wav_file("test.wav", &samples, &sample_rate, &num_samples)) { printf("Failed to read WAV file.\n"); return -1; } // 设置参数 window_size = 1024; step = 512; fft_size = 1024; // 计算 STFT stft(samples, sample_rate, num_samples, window_size, step, fft_size, &stft_result, &num_frames); // 输出结果 for (i = 0; i < num_frames; i++) { for (j = 0; j < fft_size / 2 + 1; j++) { printf("%f ", stft_result[j][i]); } printf("\n"); } // 释放内存 for (i = 0; i < fft_size / 2 + 1; i++) { free(stft_result[i]); } free(stft_result); free(samples); return 0; } ``` 上述代码中,`read_wav_file` 函数用于读取 WAV 文件,返回值为 0 表示读取成功,-1 表示读取失败。`fft` 函数用于计算 FFT,`stft` 函数用于计算 STFT。在 `stft` 函数中,首先计算窗函数,然后对每个窗口进行加窗、补零、FFT 和 STFT 计算。计算 STFT 时使用的是平方和谐平均值(Root Mean Square)。 需要注意的是,在本代码中,FFT 的实现采用了 Cooley-Tukey 算法。由于 FFT 算法的复杂度为 O(N log N),其中 N 为采样点数,因此 FFT 的计算速度非常快。而且,由于 FFT 的特殊性质,可以将 STFT 计算中的 FFT 部分高度优化,进一步提高计算速度。
阅读全文

相关推荐

最新推荐

recommend-type

用C语言实现从文本文件中读取数据后进行排序的功能

该程序使用C语言实现了一个功能强大的工具,能够从文本文件中读取整型数据,对数据进行排序,并将排序后的结果写入到新的文本文件中。这个程序涉及到多个关键知识点,包括文件操作、数据输入输出、内存管理和排序...
recommend-type

c语言文件操作常用函数及读写文件代码举列

C语言文件操作常用函数及读写文件代码举例 C语言文件操作是编程中的一项基本技能,掌握C语言文件操作可以让开发者更好地处理文件和数据。...这个代码打开一个文件,并将文件中的内容读取出来并打印出来。
recommend-type

c语言读取csv文件和c++读取csv文件示例分享

在C语言中,我们使用`fopen()`打开文件,`fgets()`逐行读取,然后通过`strtok_r()`进行分隔。`strtok_r()`是一个可重入版本的`strtok()`,它允许我们在每次调用时传递一个保存状态的指针,以便于处理连续的分隔符。...
recommend-type

c语言读取txt文件内容简单实例

然后,我们使用fscanf函数从A.txt文件中读取数据,并将其输出到显示器屏幕和文件B.txt中。最后,我们使用fclose函数关闭两个文件。 五、总结 本文介绍了C语言读取txt文件内容的基本操作,包括文件操作函数、文件...
recommend-type

c语言实现把文件中数据读取并存到数组中

以下是如何使用C语言实现这个功能的详细步骤,通过两个示例函数`readfile1D`和`readfile2D`分别处理一维和二维数组的数据读取。 首先,我们需要包含必要的头文件,如`stdio.h`,它提供了读写文件所需的函数声明。在...
recommend-type

火炬连体网络在MNIST的2D嵌入实现示例

资源摘要信息:"Siamese网络是一种特殊的神经网络,主要用于度量学习任务中,例如人脸验证、签名识别或任何需要判断两个输入是否相似的场景。本资源中的实现例子是在MNIST数据集上训练的,MNIST是一个包含了手写数字的大型数据集,广泛用于训练各种图像处理系统。在这个例子中,Siamese网络被用来将手写数字图像嵌入到2D空间中,同时保留它们之间的相似性信息。通过这个过程,数字图像能够被映射到一个欧几里得空间,其中相似的图像在空间上彼此接近,不相似的图像则相对远离。 具体到技术层面,Siamese网络由两个相同的子网络构成,这两个子网络共享权重并且并行处理两个不同的输入。在本例中,这两个子网络可能被设计为卷积神经网络(CNN),因为CNN在图像识别任务中表现出色。网络的输入是成对的手写数字图像,输出是一个相似性分数或者距离度量,表明这两个图像是否属于同一类别。 为了训练Siamese网络,需要定义一个损失函数来指导网络学习如何区分相似与不相似的输入对。常见的损失函数包括对比损失(Contrastive Loss)和三元组损失(Triplet Loss)。对比损失函数关注于同一类别的图像对(正样本对)以及不同类别的图像对(负样本对),鼓励网络减小正样本对的距离同时增加负样本对的距离。 在Lua语言环境中,Siamese网络的实现可以通过Lua的深度学习库,如Torch/LuaTorch,来构建。Torch/LuaTorch是一个强大的科学计算框架,它支持GPU加速,广泛应用于机器学习和深度学习领域。通过这个框架,开发者可以使用Lua语言定义模型结构、配置训练过程、执行前向和反向传播算法等。 资源的文件名称列表中的“siamese_network-master”暗示了一个主分支,它可能包含模型定义、训练脚本、测试脚本等。这个主分支中的代码结构可能包括以下部分: 1. 数据加载器(data_loader): 负责加载MNIST数据集并将图像对输入到网络中。 2. 模型定义(model.lua): 定义Siamese网络的结构,包括两个并行的子网络以及最后的相似性度量层。 3. 训练脚本(train.lua): 包含模型训练的过程,如前向传播、损失计算、反向传播和参数更新。 4. 测试脚本(test.lua): 用于评估训练好的模型在验证集或者测试集上的性能。 5. 配置文件(config.lua): 包含了网络结构和训练过程的超参数设置,如学习率、批量大小等。 Siamese网络在实际应用中可以广泛用于各种需要比较两个输入相似性的场合,例如医学图像分析、安全验证系统等。通过本资源中的示例,开发者可以深入理解Siamese网络的工作原理,并在自己的项目中实现类似的网络结构来解决实际问题。"
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

L2正则化的终极指南:从入门到精通,揭秘机器学习中的性能优化技巧

![L2正则化的终极指南:从入门到精通,揭秘机器学习中的性能优化技巧](https://img-blog.csdnimg.cn/20191008175634343.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTYxMTA0NQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70) # 1. L2正则化基础概念 在机器学习和统计建模中,L2正则化是一个广泛应用的技巧,用于改进模型的泛化能力。正则化是解决过拟
recommend-type

如何构建一个符合GB/T19716和ISO/IEC13335标准的信息安全事件管理框架,并确保业务连续性规划的有效性?

构建一个符合GB/T19716和ISO/IEC13335标准的信息安全事件管理框架,需要遵循一系列步骤来确保信息系统的安全性和业务连续性规划的有效性。首先,组织需要明确信息安全事件的定义,理解信息安全事态和信息安全事件的区别,并建立事件分类和分级机制。 参考资源链接:[信息安全事件管理:策略与响应指南](https://wenku.csdn.net/doc/5f6b2umknn?spm=1055.2569.3001.10343) 依照GB/T19716标准,组织应制定信息安全事件管理策略,明确组织内各个层级的角色与职责。此外,需要设置信息安全事件响应组(ISIRT),并为其配备必要的资源、
recommend-type

Angular插件增强Application Insights JavaScript SDK功能

资源摘要信息:"Microsoft Application Insights JavaScript SDK-Angular插件" 知识点详细说明: 1. 插件用途与功能: Microsoft Application Insights JavaScript SDK-Angular插件主要用途在于增强Application Insights的Javascript SDK在Angular应用程序中的功能性。通过使用该插件,开发者可以轻松地在Angular项目中实现对特定事件的监控和数据收集,其中包括: - 跟踪路由器更改:插件能够检测和报告Angular路由的变化事件,有助于开发者理解用户如何与应用程序的导航功能互动。 - 跟踪未捕获的异常:该插件可以捕获并记录所有在Angular应用中未被捕获的异常,从而帮助开发团队快速定位和解决生产环境中的问题。 2. 兼容性问题: 在使用Angular插件时,必须注意其与es3不兼容的限制。es3(ECMAScript 3)是一种较旧的JavaScript标准,已广泛被es5及更新的标准所替代。因此,当开发Angular应用时,需要确保项目使用的是兼容现代JavaScript标准的构建配置。 3. 安装与入门: 要开始使用Application Insights Angular插件,开发者需要遵循几个简单的步骤: - 首先,通过npm(Node.js的包管理器)安装Application Insights Angular插件包。具体命令为:npm install @microsoft/applicationinsights-angularplugin-js。 - 接下来,开发者需要在Angular应用的适当组件或服务中设置Application Insights实例。这一过程涉及到了导入相关的类和方法,并根据Application Insights的官方文档进行配置。 4. 基本用法示例: 文档中提到的“基本用法”部分给出的示例代码展示了如何在Angular应用中设置Application Insights实例。示例中首先通过import语句引入了Angular框架的Component装饰器以及Application Insights的类。然后,通过Component装饰器定义了一个Angular组件,这个组件是应用的一个基本单元,负责处理视图和用户交互。在组件类中,开发者可以设置Application Insights的实例,并将插件添加到实例中,从而启用特定的功能。 5. TypeScript标签的含义: TypeScript是JavaScript的一个超集,它添加了类型系统和一些其他特性,以帮助开发更大型的JavaScript应用。使用TypeScript可以提高代码的可读性和可维护性,并且可以利用TypeScript提供的强类型特性来在编译阶段就发现潜在的错误。文档中提到的标签"TypeScript"强调了该插件及其示例代码是用TypeScript编写的,因此在实际应用中也需要以TypeScript来开发和维护。 6. 压缩包子文件的文件名称列表: 在实际的项目部署中,可能会用到压缩包子文件(通常是一些JavaScript库的压缩和打包后的文件)。在本例中,"applicationinsights-angularplugin-js-main"很可能是该插件主要的入口文件或者压缩包文件的名称。在开发过程中,开发者需要确保引用了正确的文件,以便将插件的功能正确地集成到项目中。 总结而言,Application Insights Angular插件是为了加强在Angular应用中使用Application Insights Javascript SDK的能力,帮助开发者更好地监控和分析应用的运行情况。通过使用该插件,可以跟踪路由器更改和未捕获异常等关键信息。安装与配置过程简单明了,但是需要注意兼容性问题以及正确引用文件,以确保插件能够顺利工作。