C#でWaveの波形を読み込む

機能

• WAVE(16bit2chだけ実装済み)を読み込む
• IEnumerableでChunkやDataの読み出しを実装(foreachで回せる)

Dataチャンクの読み込みは、内部で位置を記録してSeekしたりしてるので、Parallel.ForEachで並列処理できる。FFTとか時間かかるような処理をやる場合は並列化できる。
時間がかからない処理なら、並列化のボトルネックがあるので素直にforeach使うべき。

サンプル

こんな感じで使える。

using (WaveReader wr = new WaveReader(path))
{
    WaveReader.ChunkFormat fmt = null;

    foreach (WaveReader.ChunkBase chunk in wr.ReadChunks())
    {
        Console.WriteLine("* Chunk \"" + chunk.Type + "\" " + chunk.Size + " bytes");

        if (false) { }
        else if (chunk is WaveReader.ChunkFormat)
        {
            fmt = (WaveReader.ChunkFormat)chunk;

            Console.WriteLine("    " + fmt.Channels + " ch");
            Console.WriteLine("    " + (fmt.SamplingRate / 1e3) + " kSPS");
            Console.WriteLine("    " + fmt.BitPerSample + " bit");
        }
        else if (chunk is WaveReader.ChunkData)
        {
            foreach (Int16[,] wave in ((WaveReader.ChunkData)chunk).ReadDataS16x2((int)fmt.SamplingRate))
            {
                // wave: 波形データ
                // 何らかの処理
            }
        }
    }
}

制限

• 一部のfmtしか対応してない
• fmtの一部しか読み込んでない
• S16/2chしか対応してない
• やっつけ
• エラー処理とかやってない
• 素人なので変なコード書いてたらごめんね

非対応のChunkとかデータ形式とかを読み込みたい場合は各自でどうぞ。

ソース

/*
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Text;
*/

class WaveReader : IDisposable
{
    private readonly FileStream fs;
    private readonly UInt32 fileSize;

    private long chunkPos;
    private long chunkSize;

    public WaveReader(string path)
    {
        fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read);

        if ("RIFF" != readStr(4, Encoding.ASCII))
        {
            throw (new Exception());
        }

        fileSize = read32u();

        if ("WAVE" != readStr(4, Encoding.ASCII))
        {
            throw (new Exception());
        }

        chunkPos = fs.Position;
        chunkSize = 0;
    }

    public IEnumerable<ChunkBase> ReadChunks()
    {
        while (true)
        {
            byte[] tmp = new byte[8];

            fs.Position = chunkPos + chunkSize;

            if (fs.Read(tmp, 0, tmp.Length) != tmp.Length)
            {
                yield break;
            }

            string type = Encoding.ASCII.GetString(tmp, 0, 4);
            UInt32 size = BitConverter.ToUInt32(tmp, 4);

            long chunkStart = fs.Position;
            chunkPos = chunkStart + size;

            switch (type)
            {
            case "fmt ":
                yield return (new ChunkFormat(type, size, fs, chunkStart));
                break;

            case "data":
                yield return (new ChunkData(type, size, fs, chunkStart));
                break;

            default:
                yield return (new ChunkBase(type, size, fs, chunkStart));
                break;
            }
        }
    }

    protected UInt32 read32u()
    {
        byte[] buff = new byte[4];
        fs.Read(buff, 0, buff.Length);
        return (BitConverter.ToUInt32(buff, 0));
    }

    protected string readStr(int bytes, Encoding encoding)
    {
        byte[] buff = new byte[bytes];
        fs.Read(buff, 0, buff.Length);
        return (encoding.GetString(buff));
    }

    #region IDisposable Support
    private bool disposedValue = false; // 重複する呼び出しを検出するには

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (!disposedValue)
        {
            if (disposing)
            {
                fs.Dispose();

                // TODO: マネージ状態を破棄します (マネージ オブジェクト)。
            }

            // TODO: アンマネージ リソース (アンマネージ オブジェクト) を解放し、下のファイナライザーをオーバーライドします。
            // TODO: 大きなフィールドを null に設定します。

            disposedValue = true;
        }
    }

    // TODO: 上の Dispose(bool disposing) にアンマネージ リソースを解放するコードが含まれる場合にのみ、ファイナライザーをオーバーライドします。
    // ~WaveReader() {
    //   // このコードを変更しないでください。クリーンアップ コードを上の Dispose(bool disposing) に記述します。
    //   Dispose(false);
    // }

    // このコードは、破棄可能なパターンを正しく実装できるように追加されました。
    public void Dispose()
    {
        // このコードを変更しないでください。クリーンアップ コードを上の Dispose(bool disposing) に記述します。
        Dispose(true);
        // TODO: 上のファイナライザーがオーバーライドされる場合は、次の行のコメントを解除してください。
        // GC.SuppressFinalize(this);
    }
    #endregion

    public class ChunkBase
    {
        private readonly string type;
        public string Type { get { return (type); } }

        private readonly UInt32 size;
        public UInt32 Size { get { return (size); } }

        protected readonly FileStream fs;
        protected readonly long chunkStart; // chunk head + 8 (type + size)

        public ChunkBase(string Type, UInt32 Size, FileStream fs, long chunkStart)
        {
            type = Type;
            size = Size;
            this.fs = fs;
            this.chunkStart = chunkStart;
        }

        protected void seek(long a)
        {
            fs.Position = chunkStart + a;
        }

        protected bool tryRead(out byte[] data, int length)
        {
            data = new byte[length];
            return (fs.Read(data, 0, length) == length);
        }
    }

    public class ChunkFormat : ChunkBase
    {
        private readonly UInt16 channels;
        public UInt16 Channels { get { return (channels); } }

        private readonly UInt32 samplingRate;
        public UInt32 SamplingRate { get { return (samplingRate); } }

        private readonly UInt16 bitPerSample;
        public UInt16 BitPerSample { get { return (bitPerSample); } }

        public ChunkFormat(string Type, UInt32 Size, FileStream fs, long ChunkStart)
            : base(Type, Size, fs, ChunkStart)
        {
            seek(0);

            bool success = false;

            byte[] data;
            if (false) { }
            else if (Size == 16 && tryRead(out data, (int)Size))
            {
                UInt16 formatId = BitConverter.ToUInt16(data, 0);

                if (formatId == 1)
                {
                    channels = BitConverter.ToUInt16(data, 2);
                    samplingRate = BitConverter.ToUInt32(data, 4);
                    bitPerSample = BitConverter.ToUInt16(data, 14);

                    success = true;
                }
            }

            if (!success)
            {
                throw new Exception();
            }
        }
    }

    public class ChunkData : ChunkBase
    {
        public ChunkData(string Type, UInt32 Size, FileStream fs, long ChunkStart)
            : base(Type, Size, fs, ChunkStart)
        {

        }

        public IEnumerable<Int16[,]> ReadDataS16x2(int blockSize)
        {
            for (long dataPos = 0; dataPos < Size; dataPos += 2 * 2 * blockSize)
            {
                byte[] rawData;

                seek(dataPos);
                if (!tryRead(out rawData, 2 * 2 * blockSize))
                {
                    yield break;
                }

                Int16[,] waveData = new Int16[blockSize, 2];

                for (int i = 0; i < blockSize; i++)
                {
                    waveData[i, 0] = BitConverter.ToInt16(rawData, i * 2 * 2 + 0);
                    waveData[i, 1] = BitConverter.ToInt16(rawData, i * 2 * 2 + 2);
                }

                yield return (waveData);
            }
        }
    }
}