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: 2024-05-03 15:18:25 浏览: 97
首先需要了解一下WVD的概念和计算方法,Wigner-Ville Distribution(WVD)是一种时频分析方法,可以将信号在时域和频域上展开,从而更加全面地理解信号的特性。 下面是一个使用C语言计算WVD的示例代码,该代码读取一个wav文件并对其求WVD,并将结果输出到文件中: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 typedef short sample_t; int read_wav_file(char* filename, sample_t** data, int* num_samples, int* sample_rate, int* num_channels); void write_wvd_file(char* filename, double** wvd, int num_samples, int num_freqs, double f0, double df); void compute_wvd(double** wvd, sample_t* data, int num_samples, int num_freqs, double f0, double df); int main(int argc, char** argv) { // Check arguments if (argc != 3) { printf("Usage: %s input.wav output.wvd\n", argv[0]); return 1; } // Read input file sample_t* data; int num_samples, sample_rate, num_channels; if (!read_wav_file(argv[1], &data, &num_samples, &sample_rate, &num_channels)) { printf("Error reading WAV file\n"); return 1; } // Compute WVD int num_freqs = 1024; double f0 = 0; double df = (double)sample_rate / num_freqs; double** wvd = (double**)malloc(num_samples * sizeof(double*)); for (int i = 0; i < num_samples; i++) { wvd[i] = (double*)malloc(num_freqs * sizeof(double)); } compute_wvd(wvd, data, num_samples, num_freqs, f0, df); // Write output file write_wvd_file(argv[2], wvd, num_samples, num_freqs, f0, df); // Clean up for (int i = 0; i < num_samples; i++) { free(wvd[i]); } free(wvd); free(data); return 0; } int read_wav_file(char* filename, sample_t** data, int* num_samples, int* sample_rate, int* num_channels) { FILE* file; if (fopen_s(&file, filename, "rb") != 0) { return 0; } // Read WAV header char header[44]; if (fread(header, 1, 44, file) != 44) { fclose(file); return 0; } if (memcmp(header, "RIFF", 4) != 0 || memcmp(header + 8, "WAVEfmt ", 8) != 0 || memcmp(header + 36, "data", 4) != 0) { fclose(file); return 0; } // Get sample rate and number of channels memcpy(sample_rate, header + 24, 4); memcpy(num_channels, header + 22, 2); // Read data int bytes_per_sample = (*num_channels) * 2; int num_bytes = *((int*)(header + 40)); *num_samples = num_bytes / bytes_per_sample; *data = (sample_t*)malloc((*num_samples) * sizeof(sample_t)); if (fread(*data, bytes_per_sample, *num_samples, file) != *num_samples) { fclose(file); free(*data); return 0; } // Done fclose(file); return 1; } void write_wvd_file(char* filename, double** wvd, int num_samples, int num_freqs, double f0, double df) { FILE* file; if (fopen_s(&file, filename, "wb") != 0) { return; } // Write WVD header char header[16]; memcpy(header, "WVD ", 4); memcpy(header + 4, &num_samples, 4); memcpy(header + 8, &num_freqs, 4); memcpy(header + 12, &f0, 8); memcpy(header + 20, &df, 8); fwrite(header, 1, 28, file); // Write WVD data for (int i = 0; i < num_samples; i++) { fwrite(wvd[i], sizeof(double), num_freqs, file); } // Done fclose(file); } void compute_wvd(double** wvd, sample_t* data, int num_samples, int num_freqs, double f0, double df) { // Compute time and frequency grids double* t = (double*)malloc(num_samples * sizeof(double)); double* f = (double*)malloc(num_freqs * sizeof(double)); for (int i = 0; i < num_samples; i++) { t[i] = (double)i / sample_rate; } for (int i = 0; i < num_freqs; i++) { f[i] = f0 + i * df; } // Compute window function double* h = (double*)malloc(num_freqs * sizeof(double)); for (int i = 0; i < num_freqs; i++) { double x = M_PI * (f[i] - f0) / df; h[i] = sin(x) / x; } // Compute WVD for (int i = 0; i < num_samples; i++) { for (int j = 0; j < num_freqs; j++) { double a = 0; double b = 0; for (int k = 0; k < num_samples; k++) { double tau = t[k] - t[i]; double x = 2 * M_PI * f[j] * tau; double g = data[k] * data[i + k]; a += g * cos(x); b += g * sin(x); } wvd[i][j] = (a * a + b * b) * h[j]; } } // Clean up free(t); free(f); free(h); } ``` 代码中大致分为三个部分,分别是读取wav文件、计算WVD和写入输出文件。 在读取wav文件部分,使用fopen_s函数打开文件,然后读取WAV文件头信息并解析出采样率、通道数和数据。这里采用了简单的判断头部信息的方式来检测是否为WAV文件。 在计算WVD部分,首先需要计算时间和频率网格,然后计算一个窗函数,最后使用嵌套的循环计算WVD。这里采用了简单的直接计算方式,而没有使用FFT等优化算法。 在写入输出文件部分,首先写入WVD文件头信息,然后依次写入每个采样时刻的WVD结果。 需要注意的是,在使用完动态分配的内存后需要释放它们,否则会导致内存泄漏。在本示例代码中,使用了malloc函数动态分配了多个数组,在程序结束前需要释放它们。 以上是一个简单的使用C语言计算WVD的示例代码,希望对你有所帮助。
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