如何将字节数组中的pcm样本转换为-1.0至1.0及以后的浮点数？

你问两个问题：

1. 如何将采样从22kHz降至8kHz？

2. 如何从浮点数 [-1，1] 转换为 16 位整数并返回？

请注意，这个问题已经更新，表明#1在其他地方得到了处理，但我会留下我的答案的这一部分，以防它帮助别人。

1. 如何将采样从22kHz降到8kHz？

一位评论者暗示，这可以通过FFT来解决。这是不正确的（重采样的一个步骤是过滤。我提到为什么不在这里使用FFT进行过滤，以防您感兴趣：http://blog.bjornroche.com/2012/08/when-to-not-use-fft.html）。

对信号进行重新采样的一个非常好的方法是使用多相滤波器。但是，即使对于在信号处理方面有经验的人来说，这也相当复杂。您还有其他几个选项：

• 使用实现高质量重采样的库，如库采样
• 做一些快速而肮脏的事情

听起来你已经采用了第一种方法，这很棒。

一个快速而肮脏的解决方案听起来不会那么好，但是由于您将降低到8 kHz，因此我猜音质不是您的首要任务。一个快速而肮脏的选择是：

• 对信号应用低通滤波器。尝试尽可能多地摆脱4 kHz以上的音频。您可以使用此处描述的过滤器（尽管理想情况下，您需要比这些过滤器更陡峭的东西，但它们至少比没有好）。
• 从原始信号中选择每2.75个样本以产生新的重采样信号。当需要非整数样本时，请使用线性插值。如果您需要有关线性插值的帮助，请尝试此处。

对于语音应用程序来说，这种技术应该足够好。但是，我还没有尝试过，所以我不确定，所以我强烈建议使用别人的库。

如果你真的想实现自己的高质量采样率转换，比如多相滤波器，你应该研究它，然后问你对 https://dsp.stackexchange.com/ 的任何问题，而不是在这里。

2. 如何从浮点数 [-1，1] 转换为 16 位整数和回？

这已经是由c.fogelklou开始的，但让我修饰一下。

首先，16 位整数的范围是 -32768 到 32767（通常对 16 位音频进行签名）。要从 int 转换为 float，请执行以下操作：

float f;
int16 i = ...;
f = ((float) i) / (float) 32768
if( f > 1 ) f = 1;
if( f < -1 ) f = -1;

你通常不需要做额外的“边界”，（事实上，如果你真的使用16位整数，你不需要），但它是存在的，以防你出于某种原因有一些>16位整数。

要转换回来，请执行以下操作：

float f = ...;
int16 i;
f = f * 32768 ;
if( f > 32767 ) f = 32767;
if( f < -32768 ) f = -32768;
i = (int16) f;

在这种情况下，通常需要注意超出范围的值，尤其是大于 32767 的值。您可能会抱怨这会对 f = 1 造成一些失真。这个问题引起了激烈的争论。有关这方面的一些（不完整的）讨论，请参阅此博客文章。

这不仅仅是“足以胜任政府工作”。换句话说，除非您担心最终音质，否则它将正常工作。由于您将要达到8kHz，我认为我们已经确定情况并非如此，因此这个答案很好。

但是，为了完整性，我必须补充一点：如果您试图保持绝对原始状态，请记住，这种转换会引入失真。为什么？因为从浮点数转换为 int 时的误差与信号相关。事实证明，这个错误的相关性是可怕的，你实际上可以听到它，即使它非常小。（幸运的是，它足够小，对于语音和低动态范围音乐等内容，它并不重要）要消除此错误，必须在从 float 到 int 的转换中使用称为抖动的东西。同样，如果这是你关心的事情，研究它并询问相关的，具体的 https://dsp.stackexchange.com/ 问题，而不是在这里。

您可能还对我关于数字音频编程基础知识的演讲中的幻灯片感兴趣，其中有一张关于这个主题的幻灯片，尽管它基本上说了同样的事情（甚至可能比我刚才说的还要少）：http://blog.bjornroche.com/2011/11/slides-from-fundamentals-of-audio.html

16 位 PCM 的范围 - 32768 到 32767。因此，将每个 PCM 样本乘以 （1.0f/32768.0f） 后，再将其传递给您的重采样。

重新采样后返回浮动，乘以32768.0，饱和（裁剪范围之外的任何内容 - 32768到32767），圆形（或Björn提到的抖动），然后转换回短。

使用乘法显示转换的测试代码，没有位错误：

// PcmConvertTest.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#define SZ 65536
#define MAX(x,y) ((x)>(y)) ? (x) : (y)
#define MIN(x,y) ((x)<(y)) ? (x) : (y)
int main(int argc, char* argv[])
{
  int16_t *pIntBuf1 = new int16_t[SZ];
  int16_t *pIntBuf2 = new int16_t[SZ];
  float   *pFloatBuf = new float[SZ];

  // Create an initial short buffer for testing
  for( int i = 0; i < SZ; i++) {
    pIntBuf1[i] = (int16_t)(-32768 + i);
  }

  // Convert the buffer to floats. (before resampling)
  const float div = (1.0f/32768.0f);
  for( int i = 0; i < SZ; i++) {
    pFloatBuf[i] = div * (float)pIntBuf1[i];
  }

  // Convert back to shorts
  const float mul = (32768.0f);
  for( int i = 0; i < SZ; i++) {
    int32_t tmp = (int32_t)(mul * pFloatBuf[i]);
    tmp = MAX( tmp, -32768 ); // CLIP < 32768
    tmp = MIN( tmp, 32767 );  // CLIP > 32767
    pIntBuf2[i] = tmp;
  }

  // Check that the conversion went int16_t to float and back to int for every PCM value without any errors.
  assert( 0 == memcmp( pIntBuf1, pIntBuf2, sizeof(int16_t) * SZ) );

  delete pIntBuf1;
  delete pIntBuf2;
  delete pFloatBuf;
  return 0;
}