Estrarre informazioni da un file .wav

Il file .wav è un sottotipo del file RIFF.

Le informazioni generali di un file WAVE sono contenute nei primi 44 byte del file medesimo.

Il file WAVE è sostanzialmente composto da un solo blocco (chunk), a sua volta composto da due sottoblocchi: il primo blocco, appunto, formato da 44 byte contiene - come già detto - le informazioni relative alle caratteristiche del file; il secondo blocco contiene i dati audio veri e propri della forma d'onda digitalizzata.

Estrazione delle informazioni con le sole funzioni Gambas

Volendo estrarre le informazioni più importanti relative ad un file WAV mediante le sole risorse interne di Gambas, andremo a leggere alcuni byte spcifici appartenenti al primo sotto-blocco. Bisogna sottolineare che i le informzioni sono espresse all'interno del primo sotto-blocco in modalità little-endian. ^{[Nota 1]}

Formato audio

Le informazioni relative al formato audio sono contenute in little-endian nel 21° e nel 22° byte (indice offset: 20 - 21).

Numero di canali

Le informazioni relative al numero di canali del file WAV sono contenute in little-endian nel 23° e 24° byte (indice offset: 22 - 23).

Frequenza di campionamento

Le informazioni relative alla frequenza di campionamento del file WAV sono contenute in little-endian nel 25°, 26° 27° e 28° byte (indice offset: 24 - 25 - 26 - 27).

Risoluzione del campionamento

La risoluzione del campionamento audio rappresenta la gamma di valori che un campione audio può assumere. Una gamma più ampia conferisce ovviamente un campionamento più dinamico e ricco.

Le informazioni relative alla risoluzione in bit del campionamento del file WAV sono contenute in little-endian nel 35° e 36° byte (indice offset: 34 - 35).

La lunghezza del file

I file WAV contiene immediatamente dopo il primo sotto-blocco iniziale quattro byte che indicano la quantità di byte contenuta dal secondo sotto-blocco (quello formato dai veri e propri dati audio grezzi). Per conoscere la totale dimensione del file WAV, pertanto, basterà aggiungere a tale valore il numero 44 (che rappresentano i quarantaquattro byte che formano il primo sotto-blocco informativo del file).

Numero dei campioni (samples)

Il numero di campioni si ottiene con la seguente formula:

campioni = dimensione_dei_dati_grezzi_in_byte / block_align

Overall BitRate

Per ottenere il valore del Overall BitRate, bisogna moltiplicare la frequenza di campionamento per la risoluzione in bit per il numero dei canali:

Overall BitRate = frequenza * ris_bit * canali

Ottenere la durata del file wav

Per ottenere la durata dei dati audio wav ^{[Nota 2]}, si possono adottare due modalità di calcolo:

La prima modalità prevede la seguente formula:

durata = (dimensione_dei_dati_grezzi_in_byte * 8) / (frequenza * ris_bit * canali)

La seconda modalità prevede la seguente formula:

durata = (dimensione_dei_dati_grezzi_in_byte / block_align) / frequenza

Esempi pratici

Per estrarre le suddette informazioni, potremo, dunque, realizzare alcuni codici come quelli che seguono.

Assegnando i dati letti dall'Header del file wav ai membri di un'apposita Struttura

In questo esempio assegneremo i dati letti dall'Header del file wav ai membri di un'apposita "Struttura":

Public Struct Header_Wav
  riff As String          ' tipo file "RIFF"
  lung_rest As Integer    ' lunghezza del resto del file = dimensione restante dell'header (36 byte) + lunghezza dei dati audio grezzi
  wave As String          ' sottotipo file "wav"
  fmt As String           ' inizio blocco "fmt " del file
  lungh_fmt As Integer    ' lunghezza del blocco "fmt"
  pcm As Short            ' formato MS PCM
  canali As Short         ' canali audio di ucita (mono = 1, stereo = 2)
  frequenza As Integer    ' frequenza di campionamento per secondo
  byte_rate As Integer    ' byte per secondo = frequenza * byte_campione
  byte_campione As Short  ' block align (byte per campione) = canali * bit_per_campione / 8
  bit_campione As Short   ' bit per campione (risoluzione del campionamento) = 8, 16 o 24
  data As String          ' "data"
  lungh_dati As Integer   ' lunghezza dei dati audio grezzi
End Struct


Public Sub Main()

 Dim fileWAV As String
 Dim wav As File
 Dim hw As New Header_Wav
 
  fileWAV = "/percorso/del/file.wav"
 
  wav = Open fileWAV For Read
   
' Leggiamo ed assegnamo alla Struttura tutte le informazioni presenti nell'Header del file wav:
  With hw
    .riff = legge_stringa(wav)
    .lung_rest = legge_intero(wav)
    .wave = legge_stringa(wav)
    .fmt = legge_stringa(wav)
    .lungh_fmt = legge_intero(wav)
    .pcm = legge_corto(wav)
    .canali = legge_corto(wav)
    .frequenza = legge_intero(wav)
    .byte_rate = legge_intero(wav)
    .byte_campione = legge_corto(wav)
    .bit_campione = legge_corto(wav)
    .data = legge_stringa(wav)
    .lungh_dati = legge_intero(wav)
  End With

  wav.Close
        
End


Private Function legge_stringa(fl As File) As String

 Dim s As String
 
  Read #fl, s, 4

  Return s

End


Private Function legge_intero(fl As File) As Integer

 Dim i As Integer
 
  Read #fl, i

  Return i

End


Private Function legge_corto(fl As File) As Short

 Dim sh As Short
 
  Read #fl, sh

  Return sh

End

Leggendo e gestendo il file WAV come stringa

In questo caso leggeremo e gestiremo l'intero file WAV come una stringa.

Public Sub Main()
 
 Dim per, s, dati_grezzi As String
 Dim d, i, campionamento, formato, durata As Integer
 Dim canali, bit As Short
  
' Estrae alcune informazioni sul file:
 
  per = "/percorso/del/file.wav"
  Print "Percorso del file audio:    "; per
  
' Legge e carica nella variabile di tipo Stringa "s" tutti i byte del file audio WAV:
  s = File.Load(per)
  Print "Dimensione del file:        "; Len(s); " byte"
  
  d = InStr(s, "data", 0, gb.Binary)
  i = Int@(s[d + 3])
  Print "Totale dei soli byte audio: "; i; " byte"
  
  d = InStr(s, "fmt ", 0, gb.Binary)
  canali = Short@(s[d + 9])
  Print "Numero canali audio:        "; canali
  
  campionamento = Int@(s[d + 11])
  Print "Frequenza di campionamento: "; campionamento; " hertz"
  
  bit = Short@(s[d + 21])
  Print "Profondità campionamento:   "; bit; " bit"
  
  durata = (i * 8) / (campionamento * bit * canali)
  Print "Durata del brano audio:     "; CStr(Time(0, 0, 0, durata * 1000))
  
' Raccoglie i soli byte dei dati audio grezzi:
  dati_grezzi = Right(s, i)
  
End

Usando una variabile vettoriale di tipo Byte[] - 1

Potremo utilizzare un vettore di tipo Byte[] per contenere i dati del file wav:

Public Sub Main()

 Dim percorsoFile As String
 Dim fl As File
 Dim j, b, formato, canali, risoluzione As Byte
 Dim buf As New Byte[]
 Dim frequenza, dimensione As Integer
 

  percorsoFile = "/percorso/del/file.wav"

' Carica un file audio Wav:
  fl = Open percorsoFile For Read
  
  For j = 0 To 43
    Read #fl, b
    buf.Add(b)
  Next

  Print "== Caratteristiche del file: "; File.Name(percorsoFile); " ==\n"

' Rileva il formato audio (legge 2 byte):
  formato = buf[21] * CInt(2 ^ 8)
  formato = formato Or buf[20]
  If formato = 1 Then
    Print "Formato audio = PCM"
  Else
    Print "Formato audio = "; formato
  Endif


' Rileva il numero di canali (legge 2 byte):
  canali = buf[23] * CInt(2 ^ 8)
  canali = canali Or buf[22]
  Print "Numero canali = "; canali


' Rileva la frequenza di campionamento (legge 4 byte):
  frequenza = buf[27] * CInt(2 ^ 24)
  frequenza = frequenza Or buf[26] * CInt(2 ^ 16)
  frequenza = frequenza Or buf[25] * CInt(2 ^ 8)
  frequenza = frequenza Or buf[24]
  Print "Frequenza = hrz "; frequenza


' Rileva la risoluzione del campionamento (legge 2 byte):
  risoluzione = buf[35] * CInt(2 ^ 8)
  risoluzione = risoluzione Or buf[34]
  Print "Risoluzione = "; risoluzione; " bit"


' Rileva la quantità dei soli dati grezzi (legge 4 byte):
  dimensione = buf[43] * CInt(2 ^ 24)
  dimensione = dimensione Or buf[42] * CInt(2 ^ 16)
  dimensione = dimensione Or buf[41] * CInt(2 ^ 8)
  dimensione = dimensione Or buf[40]
  Print "Quantità dei soli dati grezzi = "; dimensione; " byte"

' Calcola la durata del brano audio:
  Print "Durata del brano: "; Time(0, 0, 0, Fix((dimensione * 8) / (frequenza * risoluzione * canali)) * 1000)

  
  fl.Close

End

Usando una variabile vettoriale di tipo Byte[] - 2

Per estrarre le informazioni possiamo anche utilizzare un Vettore di tipo Byte[]:

Public Sub Main()

Dim percorsoFile As String
Dim fl As File
Dim bb As Byte[]
Dim solo_dati, frequenza As Integer


 percorsoFile = "/percorso/del/file.wav"
 
 fl = Open percorsoFile For Read

 bb = New Byte[44]
 
 bb.Read(fl, 0, 44)
 
 If bb.ToString(0, 4) <> "RIFF" Then Error.Raise("Il file caricato non è di tipo 'RIFF' !")
 
 If bb.ToString(8, 4) <> "WAVE" Then Error.Raise("Il file caricato non è di tipo 'WAVE' !")
 
 If bb.ToString(12, 4) <> "fmt " Then Error.Raise("Il file caricato non è di tipo 'fmt ' !")
 
 Print "== Caratteristiche del file: "; File.Name(percorsoFile); " ==\n"
 
 Print "Dimensioni totali del file: "; Stat(percorsoFile).Size; " byte"
 
 solo_dati = Stat(percorsoFile).Size - 44
 Print "Dimensione dei soli dati audio grezzi: "; solo_dati; " byte"
 
 If bb[20] = 1 Then 
   Print "Formato audio: PCM"
 Else
   Print "Formato audio: "; bb[20]
 Endif
 
 Print "Canali di uscita audio: "; bb[22]
 
 frequenza = Val("&" & Hex(bb[27]) & Hex(bb[26]) & Hex(bb[25]) & Hex(bb[24]))
 Print "Frequenza di campionamento: Hz "; frequenza
 
 Print "Byte rate: "; Val("&" & Hex(bb[31]) & Hex(bb[30]) & Hex(bb[29]) & Hex(bb[28])); " Bps"
 
 Print "Risoluzione di campionamento a "; bb[34]; " bit"

 Print "Durata del brano: "; Time(0, 0, 0, Fix((solo_dati * 8) / (frequenza * bb[34] * bb[22])) * 1000)


 fl.Close
  
End

Usando una variabile vettoriale di tipo Byte[] - 3

In questo esempio vengono caricati in un'apposita Struttura alcuni dati del file Wav: numero canali, frequenza di campionamento, risoluzione, block align (quest'ultimo sarà utile per ottenere la durata del brano audio). Tali dati verranno poi mostrati in console ed utilizzati alcuni per calcolare la durata di esecuzione del file Wav:

Public Struct INFOWAV
  fileWAV As String      ' Percorso del file wav
  canali As Short        ' Numero dei canali
  frequenza As Integer   ' Frequenza di campionamento
  bit As Short           ' Risoluzione di campionamento in bit
  block_align As Short   ' Block Align
  durata As Float        ' Durata di esecuzione del file wav
End Struct


Public Sub Main()

 Dim fileWav As String
 Dim datiwav As New INFOWAV
  
  datiwav.fileWav = "/percorso/del/file.wav"
  
  EstraeDatiAudio(datiwav)
  
' Mostra in console le informazioni ottenute:
  With datiwav
    Print "File wav caricato:            "; .fileWAV
    Print "Numero canali:                "; .canali
    Print "Frequenza di campionamento: hz"; .frequenza
    Print "Risoluzione:                  "; .bit; " bit"
    Print "Durata esecuzione:            "; CStr(Time(0, 0, 0, .durata * 1000))
  End With

End


Private Function EstraeDatiAudio(iw As INFOWAV)

 Dim fl As File
 
' Carica il file audio Wav:
 fl = Open iw.fileWAV For Read

' Legge il numero dei canali al byte d'indice (offset) 22:
 Seek #fl, 22
 iw.canali = Read #fl As Short

' Legge la frequenza di campionamento dei dati audio al byte d'indice (offset) 24:
 Seek #fl, 24
 iw.frequenza = Read #fl As Integer

' Legge il valore del "block align" al byte d'indice (offset) 32:
 Seek #fl, 32 
 iw.block_align = Read #fl As Short

' Legge la risoluzione bit del campionamento al byte d'indice (offset) 34:
 Seek #fl, 34 
 iw.bit = Read #fl As Short

' Calcola la durata dell'esecuzione del file wav:
 iw.durata = (Lof(fl) / iw.block_align) / iw.frequenza

 fl.Close

End

Usando la funzione Seek

Potremo anche più semplicemente spostarci all'interno del flusso mediante la funzione Seek:

Public Sub Main()

 Dim fileWAV As String
 Dim fl As File
 Dim formato, canali, risoluzione As Byte
 Dim d As Short
 Dim frequenza, dimensione As Integer
 

  fileWAV = "/percorso/del/file.wav"

  d = Instr(File.Load(fileWAV), "data")

' Carica un file audio Wav:
  fl = Open fileWAV For Read


  Print "== Caratteristiche del file: "; File.Name(fileWAV); " ==\n"

' Rileva il formato audio (legge 2 byte):
  Seek #fl, 20
  Read #fl, formato
  If formato = 1 Then
    Print "Formato audio = PCM"
  Else
    Print "Formato audio = "; formato
  Endif 
  
' Rileva il numero di canali (legge 2 byte):
  Seek #fl, 22
  Read #fl, canali
  Print "Numero canali = "; canali


' Rileva la frequenza di campionamento (legge 4 byte):
  Seek #fl, 24
  Read #fl, frequenza
  Print "Frequenza = hrz "; frequenza


' Rileva la risoluzione del campionamento (legge 2 byte):
  Seek #fl, 34
  Read #fl, risoluzione
  Print "Risoluzione = "; risoluzione; " bit"


' Rileva la quantità dei soli dati grezzi (legge 4 byte):
  seek #fl, d + 3
  Read #fl, dimensione
  Print "Quantità dei soli dati grezzi = "; dimensione; " byte"


' Calcola la durata del brano audio:
  Print "Durata del brano: "; Time(0, 0, 0, Fix((dimensione * 8) / (frequenza * risoluzione * canali)) * 1000)


  fl.Close

End

Estrazione delle informazioni da un file wav contenente testo nel proprio header

Talvolta, seppur raramente, i file wav possono contenere delle informazioni aggiuntive in formato testuale poste all'interno del proprio header, il quale pertanto risulterà complessivamente essere formato da una quantità di byte superiore a quella ordinaria di 44 byte.
Ciò determina che i riferimenti e, dunque, calcoli esposti nei paragrafi precedenti risultino non più utili.
Per individuare i nuovi riferimenti di indice, va considerato che le suddette eventuali informazioni testuali sono poste tra l'ultimo valore a 16 bit del file wav, che fornisce l'informazione del "bit per campione" (risoluzione del campionamento) e che è posto all'indice di offset 34, e il tag "data".
Pertanto, tale eventuale presenza testuale non pregiudica la consueta e agevole estrazione dei dati attinenti alle caratteristiche del file wav in esame.

Estrazione delle informazioni con le funzioni esterne del API di SOX

La libreria Sox contiene risorse per poter gestire ampiamente i file audio: riproduzione e registrazione, conversione di vari formati audio in altri formati, nonché applicazione di vari effetti.

Le risorse del API di Sox consentono anche di ottenere facilmente varie informazioni dai file audio, richiamando l'attuale versione della libreria: "libsox.so.2.0.1"

Potremo procedere con un codice simile al seguente:

Private sfIn As New Sox_format_t


Library "libsox:2.0.1"

Public Struct sox_signalinfo_t
  rate As Float         ' sox_rate_t:  samples per second, 0 if unknown (typedef double sox_rate_t)
  channels As Integer   ' number of sound channels, 0 if unknown
  precision As Integer  ' bits per sample, 0 if unknown
  length As Long        ' samples * chans in file, 0 if unknown, -1 if unspecified (typedef unsigned long sox_uint64_t;)
  mult As Pointer       ' Effects headroom multiplier; may be null
End Struct

Public Struct sox_format_t
  filename As Pointer
  signal As Struct Sox_signalinfo_t
End Struct

Private Const SOX_SUCCESS As Byte = 0

' int sox_init(void)
' Client API: Initialize effects library. SOX_SUCCESS if successful.
Private Extern sox_init() As Integer

' sox_format_t * sox_open_read(char const *path, sox_signalinfo_t const *signal, sox_encodinginfo_t const *encoding, char const *filetype)
Private Extern sox_open_read(path As String, signalP As Pointer, encoding As Pointer, filetype As String) As Sox_format_t


Public Sub Main()

 Dim err As Integer
 Dim fileWAV As String
 
 fileWAV = "/percorso/del/file.wav"

 err = sox_init()
 If err <> SOX_SUCCESS Then Error.Raise("Impossibile inizializzare la libreria 'libsox' !")

 sfIn = sox_open_read(fileWAV, Null, Null, Null)

 With sfIn
   Print "File audio: "; String@(.filename)
   Print "Frequenza di campionamento: hrz "; .signal.rate
   Print "Numero di canali: "; .signal.channels
   Print "Risoluzione campionamento: "; .signal.precision; " bit"
   Print "Dimensione dei soli dati grezzi del file wav: "; .signal.length * .signal.channels; " byte"  ' (tale valore è privo dei byte del blocco di intestazione del file wav = 44 byte)
 End With

End

Note

[1] Ordine dei byte

[2] Vedi anche la seguente pagina: Calcolare la durata di un file audio WAV

Riferimenti

Per un ulteriore e dettagliata spiegazione rinviamo ai seguenti siti:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Resource_Interchange_File_Format
• http://it.wikipedia.org/wiki/WAV
• https://ccrma.stanford.edu/courses/
• http://www.topherlee.com/software/pcm-tut-wavformat.html
• http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ee415713%28v=vs.85%29.aspx
• https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dd757712(v=vs.85).aspx
• https://blogs.msdn.microsoft.com/dawate/2009/06/23/intro-to-audio-programming-part-2-demystifying-the-wav-format/
• http://www.digitalpreservation.gov/formats/fdd/fdd000001.shtml
• http://unusedino.de/ec64/technical/formats/wav.html
• http://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/WAVE.html
• http://sharkysoft.com/archive/lava/docs/javadocs/lava/riff/wave/doc-files/riffwave-frameset.htm
• http://www.johnloomis.org/cpe102/asgn/asgn1/riff.html
• http://www.lightlink.com/tjweber/StripWav/Canon.html
• http://paulbourke.net/dataformats/audio/
• https://tecnologiamusicale.wordpress.com/2012/08/19/il-formato-wave-dei-file-audio/
• Formato WAV