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

处理WAV文件需要了解文件格式，WAV文件包含一个文件头和音频数据部分。文件头中包含了一些基本信息，如采样率、声道数等等，而音频数据部分则是采样后的数字信号。

对于WVD（Wigner-Ville分布），我们可以通过FFT（快速傅里叶变换）来实现。具体的步骤如下：

1. 读取WAV文件头，获取采样率、声道数等信息。

2. 读取音频数据，将其转换为浮点型数值。

3. 对每个声道的音频数据进行WVD计算。

4. 将WVD结果输出到文件中。

以下是代码实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159265358979323846

typedef struct WAV_HEADER {
    char riff[4]; // "RIFF"
    int size; // 文件总大小 - 8
    char wave[4]; // "WAVE"
    char fmt[4]; // "fmt "
    int fmt_size; // fmt块大小
    short format; // 编码格式
    short channels; // 声道数
    int sample_rate; // 采样率
    int byte_rate; // 每秒数据量
    short block_align; // 数据块对齐
    short bits_per_sample; // 采样位数
    char data[4]; // "data"
    int data_size; // 音频数据大小
} WAV_HEADER;

void read_wav_header(FILE *fp, WAV_HEADER *header) {
    fread(header, sizeof(WAV_HEADER), 1, fp);
}

void write_wav_header(FILE *fp, WAV_HEADER *header) {
    fwrite(header, sizeof(WAV_HEADER), 1, fp);
}

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s <wav_file>\n", argv[0]);
        return 0;
    }

    char *filename = argv[1];
    FILE *fp = NULL;
    WAV_HEADER header;

    // 打开WAV文件
    fopen_s(&fp, filename, "rb");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file: %s\n", filename);
        return 0;
    }

    // 读取WAV文件头
    read_wav_header(fp, &header);

    // 计算每个采样点的间隔时间
    double delta_t = 1.0 / header.sample_rate;

    // 计算每个采样点的频率
    double delta_f = 1.0 / (header.sample_rate * delta_t);

    // 计算FFT所需的长度（2的整数次幂）
    int n = 1;
    while (n < header.data_size) {
        n *= 2;
    }

    // 读取音频数据，并转换为浮点型数值
    short *data = (short *)malloc(header.data_size);
    fread(data, header.data_size, 1, fp);
    double *x = (double *)malloc(n * sizeof(double));
    for (int i = 0; i < header.data_size / 2; i++) {
        x[i] = ((double)data[i]) / 32768.0;
    }
    for (int i = header.data_size / 2; i < n; i++) {
        x[i] = 0;
    }

    // 对每个声道的音频数据进行WVD计算
    int num_channels = header.channels;
    double *wvd = (double *)malloc(n * n * sizeof(double));
    for (int ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
        for (int k = 0; k < n; k++) {
            for (int m = 0; m < n; m++) {
                double sum = 0;
                for (int n1 = 0; n1 < n; n1++) {
                    int n2 = m + n1 - k;
                    if (n2 < 0 || n2 >= n) {
                        continue;
                    }
                    sum += x[n1] * x[n2] * exp(-2.0 * PI * delta_f * delta_t * (n1 - n2) * (m - k));
                }
                wvd[ch * n * n + k * n + m] = sum;
            }
        }
    }

    // 输出WVD结果到文件中
    FILE *out_fp = NULL;
    fopen_s(&out_fp, "output.txt", "w");
    if (out_fp == NULL) {
        printf("Failed to create output file\n");
        return 0;
    }
    for (int ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
        for (int k = 0; k < n; k++) {
            for (int m = 0; m < n; m++) {
                fprintf(out_fp, "%d %d %f\n", k, m, wvd[ch * n * n + k * n + m]);
            }
        }
    }
    fclose(out_fp);

    // 释放内存
    free(data);
    free(x);
    free(wvd);
    fclose(fp);

    return 0;
}

注意：

1. 代码中使用了C11标准的`fopen_s`函数，如果使用低版本的编译器可能需要自行实现此函数。

2. 对于WVD的计算，可以使用多种方法，如基于FFT的方法、基于Choi-Williams分布的方法等等，上述代码仅提供了一种可能的实现方法。

3. 输出的WVD结果可以通过Matlab等软件进行可视化处理。