PCM

PCM编码是直接存储声波采样被量化后所产生的非压缩数据,故被视为单纯的无损耗编码格式,其优点是可获得高质量的音频信号。
PCM是模拟音频信号经模数转换（A/D变换）直接形成的二进制序列，该文件没有附加的文件头和文件结束标志。

要将这样的信号转为 PCM 时，需要将声音量化，我们一般从如下几个维度描述一段声音：

1.声道数  2.采样位数  3.采样频率  4.时长

采样频率：即取样频率,指每秒钟取得声音样本的次数。采样频率越高,声音的质量也就越好,声音的还原也就越真实，但同时它占的资源比较多。由于人耳的分辨率很有限,太高的频率并不能分辨出来。在16位声卡中有22KHz、44KHz等几级,其中，22KHz相当于普通FM广播的音质，44KHz已相当于CD音质了，目前的常用采样频率都不超过48KHz。
采样位数：即采样值或取样值（就是将采样样本幅度量化）。它是用来衡量声音波动变化的一个参数，也可以说是声卡的分辨率。它的数值越大，分辨率也就越高，所发出声音的能力越强。
声道数：很好理解，有单声道和立体声之分，单声道的声音只能使用一个喇叭发声（有的也处理成两个喇叭输出同一个声道的声音），立体声的PCM 可以使两个喇叭都发声（一般左右声道有分工），更能感受到空间效果。
时长：采样时长

WAV

WAV为微软公司（Microsoft)开发的一种声音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM，CCITT A LAW等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几。
WAVE是录音时用的标准的WINDOWS文件格式，文件的扩展名为“WAV”，数据本身的格式为PCM或压缩型，属于无损音乐格式的一种。
Wav File符合 RIFF(Resource Interchange File Format）规范。所有的WAV都有一个文件头，这个文件头音频流的编码参数。数据块的记录方式是little-endian字节顺序，标志符并不是字符串而是单独的符号。
基于PCM编码的WAV格式是最基本的WAV格式,被声卡直接支持,能直接存储采样的声音数据,所存储的数据能直接通过声卡播放,还原的波形曲线与原始声音波形十分接近,播放的声音质量是一流的,在Windows平台下被支持得最好,常常被用作在其它编码的文件之间转换的中间文件。PCM的缺点是文件体积过大,不适合长时间记录。正因为如此,又出现了多种在PCM编码的基础上经改进发展起来的编码格式,如:DPCM,ADPCM编码等。

WAV和PCM的关系

前面也介绍到了，PCM 数据本身只是一个裸码流，它是由声道、采样位数、采样频率、时长共同决定的，因此我们至少要知道其中的三个才能将 PCM 所代表的数据提取出来。因此，纯PCM数据是无法播放的，因此还需要一段描述数据。计算机系统中的一个比较常见的做法是将PCM码流和描述信息封装在一起，形成一个音频文件。这样就可以直接播放了。一种常见的方式是使用wav格式定义的规范将PCM码流和描述信息封装起来。查看 PCM 和对应wav文件的 hex（16进制）文件，可以发现，wav文件只是在PCM文件的开头多了44字节，来表征其声道数、采样频率和采样位数等信息。这个其实和bmp非常类似。

经常见到这样的描述: 44100HZ 16bit stereo 或者 22050HZ 8bit mono 等等.
44100HZ 16bit stereo: 每秒钟有 44100 次采样, 采样数据用 16 位(2字节)记录, 双声道(立体声);
22050HZ 8bit mono: 每秒钟有 22050 次采样, 采样数据用 8 位(1字节)记录, 单声道;
每个采样数据记录的是振幅, 采样精度取决于储存空间的大小:
1 字节(也就是8bit) 只能记录 256 个数, 也就是只能将振幅划分成 256 个等级;
2 字节(也就是16bit) 可以细到 65536 个数, 这已是 CD 标准了;
4 字节(也就是32bit) 能把振幅细分到 4294967296 个等级, 实在是没必要了.
如果是双声道(stereo), 采样就是双份的, 文件也差不多要大一倍。

WAV格式头实现

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;/*** WavHeader辅助类,用于生成头部信息*/
public class WavHeader {public final char fileID[] = {'R', 'I', 'F', 'F'};public int fileLength = 0;public char wavTag[] = {'W', 'A', 'V', 'E'};public char FmtHdrID[] = {'f', 'm', 't', ' '};public int FmtHdrLeth = 16;public short FormatTag = 1;public short Channels = 1;public int SamplesPerSec = 44100;public int AvgBytesPerSec = 88200;public short BlockAlign = 2;public short BitsPerSample = 16;public char DataHdrID[] = {'d','a','t','a'};public int DataHdrLeth = 0;public byte[] getHeader() throws IOException {ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();WriteChar(bos, fileID);WriteInt(bos, fileLength);WriteChar(bos, wavTag);WriteChar(bos, FmtHdrID);WriteInt(bos,FmtHdrLeth);WriteShort(bos,FormatTag);WriteShort(bos,Channels);WriteInt(bos,SamplesPerSec);WriteInt(bos,AvgBytesPerSec);WriteShort(bos,BlockAlign);WriteShort(bos,BitsPerSample);WriteChar(bos,DataHdrID);WriteInt(bos,DataHdrLeth);bos.flush();byte[] r = bos.toByteArray();bos.close();return r;}private void WriteShort(ByteArrayOutputStream bos, int s) throws IOException {byte[] mybyte = new byte[2];mybyte[1] =(byte)( (s << 16) >> 24 );mybyte[0] =(byte)( (s << 24) >> 24 );bos.write(mybyte);}private void WriteInt(ByteArrayOutputStream bos, int n) throws IOException {byte[] buf = new byte[4];buf[3] =(byte)( n >> 24 );buf[2] =(byte)( (n << 8) >> 24 );buf[1] =(byte)( (n << 16) >> 24 );buf[0] =(byte)( (n << 24) >> 24 );bos.write(buf);}private void WriteChar(ByteArrayOutputStream bos, char[] id) {for (int i=0; i<id.length; i++) {char c = id[i];bos.write(c);}}
}

参考链接：
https://www.jianshu.com/p/638fa13082eb
https://www.cnblogs.com/ranson7zop/p/7657874.html
https://www.cnblogs.com/wanggang123/p/5589488.html
https://blog.csdn.net/zhuweigangzwg/article/details/51499123

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