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isHidden: false
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menupriority: 1
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kind: article
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created_at: 2010-10-14T11:04:58+02:00
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title: S'amuser avec un .wav
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author_name: Yann Esposito
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author_uri: yannesposito.com
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tags:
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- wav
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- C
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- format
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- programming
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begindiv(intro)
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<%= tlal %> Je me suis amusé à lire un fichier `wav`. Le `C` fut le langage le mieux adapté à ce traitement. Bien meilleur que Ruby par exemple.
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edit: Je voulais que ce programme fonctionne sur une machine spécifique. En aucun cas je ne pensais publier ce code pour une utilisation autre que celle-ci.
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enddiv
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J'ai eu besoin de calculer la somme des valeurs absolue des données d'un fichier `wav`.
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Pour des raison d'efficacité (et aussi de fun), j'ai fait le programme en `C`.
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Celà faisait longtemps que je n'avais pas programmé en `C`.
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De mémoire il était peu aisé de manipuler des fichiers.
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Mais je dois concéder que j'ai été étonné de la clarté du code que j'ai obtenu.
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Tout d'abord, un fichier `wav` se compose d'un entête qui contient pas mal de meta données.
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Cet entête a été optimisé pour prendre peu de place.
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Donc on discute de l'entête avec des nombres d'octets :
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- Les 4 premiers octets doivent contenir `RIFF` en ASCII ;
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- les 4 octects suivant correspondent à un entier codé sur 32 bits qui donne la taille du fichier moins 8 octets. etc..
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Etonnamment je pense que lire ce type de fichier avec un langage de haut niveau aurait été plus pénible qu'en C.
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La preuve, il m'a suffit de chercher sur le net le format complet de l'entête et de l'écrire dans un struct.
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<code class="c">
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struct wavfile
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{
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char id[4]; // should always contain "RIFF"
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int totallength; // total file length minus 8
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char wavefmt[8]; // should be "WAVEfmt "
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int format; // 16 for PCM format
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short pcm; // 1 for PCM format
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short channels; // channels
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int frequency; // sampling frequency
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int bytes_per_second;
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short bytes_by_capture;
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short bits_per_sample;
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char data[4]; // should always contain "data"
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int bytes_in_data;
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};
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</code>
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Si j'avais eu à faire ça en Ruby, je pense qu'il m'aurait fallu pour chaque bloc de l'entête écrire un bout de code de lecture du bon nombre d'octets.
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Alors qu'en `C` il m'a suffit d'écrire:
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<code class="c">
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fread(&header,sizeof(header),1,wav)
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</code>
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Et en une seule étape ma structure de donnée a été remplie avec les valeurs souhaitées. Magique !
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Ensuite, récupérer un entier à partir de deux octets n'est pas non plus une opération naturelle dans les nouveaux langages de programmation.
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Alors qu'en `C`. Pour récupérer un entier codé sur 16 bits il suffit d'écrire :
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<code class="c">
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short value=0;
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while( fread(&value,sizeof(value),1,wav) ) {
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// do something with value
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}
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</code>
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Finallement je suis arrivé au code suivant, sachant que le format de wav était connu, avec notamment échantillonage sur 16 bits en 48000Hz :
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<code class="c" file="wavsum.c">
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <stdint.h>
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struct wavfile
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{
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char id[4]; // should always contain "RIFF"
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int totallength; // total file length minus 8
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char wavefmt[8]; // should be "WAVEfmt "
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int format; // 16 for PCM format
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short pcm; // 1 for PCM format
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short channels; // channels
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int frequency; // sampling frequency
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int bytes_per_second;
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|
short bytes_by_capture;
|
|
short bits_per_sample;
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|
char data[4]; // should always contain "data"
|
|
int bytes_in_data;
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|
};
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int main(int argc, char *argv[]) {
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char *filename=argv[1];
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FILE *wav = fopen(filename,"rb");
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struct wavfile header;
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if ( wav == NULL ) {
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|
fprintf(stderr,"Can't open input file %s", filename);
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exit(1);
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}
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// read header
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if ( fread(&header,sizeof(header),1,wav) < 1 )
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{
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fprintf(stderr,"Can't read file header\n");
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|
exit(1);
|
|
}
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if ( header.id[0] != 'R'
|
|
|| header.id[1] != 'I'
|
|
|| header.id[2] != 'F'
|
|
|| header.id[3] != 'F' ) {
|
|
fprintf(stderr,"ERROR: Not wav format\n");
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|
exit(1);
|
|
}
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|
fprintf(stderr,"wav format\n");
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// read data
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long sum=0;
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short value=0;
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while( fread(&value,sizeof(value),1,wav) ) {
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// fprintf(stderr,"%d\n", value);
|
|
if (value<0) { value=-value; }
|
|
sum += value;
|
|
}
|
|
printf("%ld\n",sum);
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exit(0);
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|
}
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</code>
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Bien entendu ce code n'est qu'un _hack_.
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Mais on voit bien comment on peut facilement améliorer ce code, ajouter des cas possibles par exemple.
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Comme je dis souvent : le bon outil pour la bonne tâche.
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On voit en effet que pour cette tâche `C` est bien supérieur à Ruby par exemple.
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_màj : pour des raisons de compatibilité (machines 64 bits) j'ai utilisé `int16_t` au lieu de `short` et `int` au lieu de `int`.
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Je serai curieux de savoir s'il existe un manière plus propre en Ruby que je ne connais pas.
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Certainement qu'en Python ça doit être la cas.
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begindiv(intro)
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Màj (2) : après toutes les remarques concernant la portabilité.
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J'ai fait une nouvelle version qui devrait être plus portable.
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Elle fait aussi plus de test pour vérifier le fichier.
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Cependant j'utilise une assertion spécifique à `gcc` pour être certain que la structure de donnée n'ai pas de "trou" :
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<code class="c">
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__attribute__((__packed__))
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</code>
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Le nouveau code n'utilise pas mmap et devrait être plus compatible.
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Voici le dernier résultat :
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enddiv
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<code class="c" file="wavsum2.c">
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <string.h> // for memcmp
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#include <stdint.h> // for int16_t and int32_t
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struct wavfile
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{
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char id[4]; // should always contain "RIFF"
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int32_t totallength; // total file length minus 8
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char wavefmt[8]; // should be "WAVEfmt "
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int32_t format; // 16 for PCM format
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|
int16_t pcm; // 1 for PCM format
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int16_t channels; // channels
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int32_t frequency; // sampling frequency
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int32_t bytes_per_second;
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int16_t bytes_by_capture;
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int16_t bits_per_sample;
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char data[4]; // should always contain "data"
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int32_t bytes_in_data;
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} __attribute__((__packed__));
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int is_big_endian(void) {
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union {
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uint32_t i;
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char c[4];
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} bint = {0x01000000};
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return bint.c[0]==1;
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}
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int main(int argc, char *argv[]) {
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char *filename=argv[1];
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FILE *wav = fopen(filename,"rb");
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struct wavfile header;
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if ( wav == NULL ) {
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|
fprintf(stderr,"Can't open input file %s\n", filename);
|
|
exit(1);
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|
}
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// read header
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|
if ( fread(&header,sizeof(header),1,wav) < 1 ) {
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|
fprintf(stderr,"Can't read input file header %s\n", filename);
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|
exit(1);
|
|
}
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// if wav file isn't the same endianness than the current environment
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|
// we quit
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if ( is_big_endian() ) {
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|
if ( memcmp( header.id,"RIFX", 4) != 0 ) {
|
|
fprintf(stderr,"ERROR: %s is not a big endian wav file\n", filename);
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|
exit(1);
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|
}
|
|
} else {
|
|
if ( memcmp( header.id,"RIFF", 4) != 0 ) {
|
|
fprintf(stderr,"ERROR: %s is not a little endian wav file\n", filename);
|
|
exit(1);
|
|
}
|
|
}
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|
if ( memcmp( header.wavefmt, "WAVEfmt ", 8) != 0
|
|
|| memcmp( header.data, "data", 4) != 0
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|
) {
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|
fprintf(stderr,"ERROR: Not wav format\n");
|
|
exit(1);
|
|
}
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|
if (header.format != 16) {
|
|
fprintf(stderr,"\nERROR: not 16 bit wav format.");
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|
exit(1);
|
|
}
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|
fprintf(stderr,"format: %d bits", header.format);
|
|
if (header.format == 16) {
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|
fprintf(stderr,", PCM");
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|
} else {
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|
fprintf(stderr,", not PCM (%d)", header.format);
|
|
}
|
|
if (header.pcm == 1) {
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|
fprintf(stderr, " uncompressed" );
|
|
} else {
|
|
fprintf(stderr, " compressed" );
|
|
}
|
|
fprintf(stderr,", channel %d", header.pcm);
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|
fprintf(stderr,", freq %d", header.frequency );
|
|
fprintf(stderr,", %d bytes per sec", header.bytes_per_second );
|
|
fprintf(stderr,", %d bytes by capture", header.bytes_by_capture );
|
|
fprintf(stderr,", %d bits per sample", header.bytes_by_capture );
|
|
fprintf(stderr,"\n" );
|
|
|
|
if ( memcmp( header.data, "data", 4) != 0 ) {
|
|
fprintf(stderr,"ERROR: Prrroblem?\n");
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|
exit(1);
|
|
}
|
|
fprintf(stderr,"wav format\n");
|
|
|
|
// read data
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long long sum=0;
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int16_t value;
|
|
int i=0;
|
|
fprintf(stderr,"---\n", value);
|
|
while( fread(&value,sizeof(value),1,wav) ) {
|
|
if (value<0) { value=-value; }
|
|
sum += value;
|
|
}
|
|
printf("%lld\n",sum);
|
|
exit(0);
|
|
}
|
|
</code>
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Màj(3) :
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Sur [reddit](http://reddit.com)
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|
[Bogdanp](http://www.reddit.com/user/Bogdanp)
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a proposé une version en Python :
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<code class="python" file="wavsum.py">
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#!/usr/bin/env python
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|
from struct import calcsize, unpack
|
|
from sys import argv, exit
|
|
|
|
def word_iter(f):
|
|
while True:
|
|
_bytes = f.read(2)
|
|
|
|
if len(_bytes) != 2:
|
|
raise StopIteration
|
|
|
|
yield unpack("=h", _bytes)[0]
|
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|
try:
|
|
with open(argv[1], "rb") as f:
|
|
wav = "=4ci8cihhiihh4ci"
|
|
wav_size = calcsize(wav)
|
|
metadata = unpack(wav, f.read(wav_size))
|
|
|
|
if "".join(metadata[:4]) != "RIFF":
|
|
print "error: not wav file."
|
|
exit(1)
|
|
|
|
print sum(abs(word) for word in word_iter(f))
|
|
except IOError:
|
|
print "error: can't open input file '%s'." % argv[1]
|
|
exit(1)
|
|
</code>
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|
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|
et [luikore](http://www.reddit.com/user/luikore) a proposé une version Ruby assez impressionnante :
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<code class="ruby" file="wavsum.rb">
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|
data = ARGF.read
|
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keys = %w[id totallength wavefmt format
|
|
pcm channels frequency bytes_per_second
|
|
bytes_by_capture bits_per_sample
|
|
data bytes_in_data sum
|
|
]
|
|
values = data.unpack 'Z4 i Z8 i s s i i s s Z4 i s*'
|
|
sum = values.drop(12).map(&:abs).inject(:+)
|
|
keys.zip(values.take(12) << sum) {|k, v|
|
|
puts "#{k.ljust 17}: #{v}"
|
|
}
|
|
</code>
|