如何修改音频的音量增益

一、前言

在开发音频相关的功能（比如说语音通话、播放音乐）时，经常会遇到音量太小的问题，这时候就需要我们对原始数据进行处理。本文将介绍如何通过修改原始音频数据来增加增益，本文包含如下内容：
1.音频数据在软件上的形态
2.音频增益计算公式
3.修改音频增益的代码实现

二、音频数据在软件上的形态

声音在自然界是以模拟信号的形式存在的，为了便于传输和存储，电子设备通常会将声音转成电信号。每个采集到的电信号在软件上都会对应一个数值，软件上通过对这些数值进行处理，最终实现对音频的调整。
软件上通常使用十六进制来表示音频对应的电信号数值，如下图所示：

(2-1)
音频采样的频率越高、位深越大，就越音频能够还原原始的音频。位深越大，音频样本的分辨率就越高。常用的有8bit、16bit、24bit、32bit。

三、音频增益计算公式

声音的大小通常用分贝（dB）来衡量。
在软件上，可以通过同意提供每个采样点的值来增加音频的增益，不过这种方式不太好量化修改后的具体增益。
软件上常使用对原始音频数据进行移位的方式修改音频的增益，这种方式位移数和增益（dB）的数学关系如下：

Gain（dB）= 20 * log10 (2的n次方) （n为位移数）
= 6.02 * n

也就是说，原始数据左移一位，增加6.02个dB。（右移则减小）

四、修改音频增益的代码实现

假定系统中播放的音频数据是16位深小端存储的（低位在前，高位在后），且数据是2通道的，修改音频增益的代码实现应如下所示：

void change_gain(char *buf, snd_pcm_uframes_t frames, int seek)
                    
{
        //1frame的数据大小为：通道数 * 16/8 = 2 * 2(Byte)            
        int length = frames * 4;
                                        
        for(int i = 0; i < length - 1; i += 2)
                    
        {
                //将两个8bit的数据组合成完整的16bit数据    
                unsigned short value = (buf[i] & 0xFF) | ((buf[i + 1] & 0xFF) << 8);
                //移位修改增益                        
                value <<= seek;
                //获取低8位数据                        
                buf[i] = (value & 0xFF);
                //获取高8为数据    
                buf[i + 1] = (value >> 8) & 0xFF;
                    
        }
                                        
}

这里取向左移动3位，理论上会增加18.06个dB，最后的测试数据如下：
修改前的数据：

（4-1）
修改后的数据：

（4-2）
修改前后数据相差也在18dB左右，说明修改成功了。