用畫圖軟件畫音樂

陳凱

大家知道，無論是哪一種媒體文件，其數據在計算機內部都是以二進制形式存儲的。不同的文件都有文件頭，用來說明文件中二進制數據的格式，如果把文件頭去掉，只剩下二進制數據，那么計算機軟件就不知道這個文件究竟是哪一種媒體文件了。根據這個原理，可以做一些奇怪的事情。例如，用畫圖軟件來畫音樂。本期實驗需要用到的工具是任意一款畫圖軟件，為簡便起見，我們可使用Windows操作系統自帶的“畫圖”；本文示例中所用的聲音編輯工具是開源軟件Audacity；文件編輯器為在線二進制文件編輯工具onlinehexeditor，其地址是http：//www.onlinehexeditor.com/。為了便于瀏覽和編輯，所有的二進制數據都是以十六進制形式表示的。

● 用畫圖軟件畫出一個波

空氣分子以一定頻率振動就會發出某個音階的音，振動頻率高，則發音高，振動頻率低，則發音也低。所謂的音頻數據，就是一大串用于表示振動波形的二進制數據，其中最容易實現的波是方波（如圖1）。

那么，怎樣在畫圖軟件里畫波形呢？當然不是直接畫波的形狀，而是畫不同顏色的垂直條紋。例如，最簡單的方波可以由黑色和灰色兩條垂直的條紋組成（如圖2），畫好后保存為BMP格式。

為什么兩條不同顏色的垂直條紋就是方波呢？想象一下，軟件會按行的順序來讀取數據，若讀取到一行灰色，其二進制數據就是連續的“10000000”，以十六進制表示就是80；若讀到一行黑色，其二進制數據就是連續的“00000000”，以十六進制表示就是00。因為BMP圖像有許多行，所以依次讀取，就是“00000000”和“10000000”交替出現，恰好就對應著方波圖形。需要注意的是，BMP圖像是自下而上編碼的，二進制文件中的第一行數據所對應的是BMP圖像最后一行的數據。

● 使用二進制文件編輯器分析圖像文件

使用onlinehexeditor可以清楚地看到這個BMP文件的二進制編碼（如圖3）。

這些二進制數據是以十六進制形式顯示的，前54個字節的數據是用來描述BMP文件格式的，從第55個字節開始就是圖像數據。

● 用聲音編輯工具導入二進制文件為音頻文件

使用Audacity軟件，選擇“文件—導入—原始數據（File—Import—Raw data）”，導入圖像文件。注意在彈出的導入“編碼”選項中選擇“Unsigned 8 bit PCM”，意為以字節為單位導入數據；在“偏移”欄目里填寫55，意思是跳過55個字節的文件頭。

于是就能看見一段方波，原來的BMP圖像文件變成了聲音波形文件，并且還能在Audacity里演奏出聲音（如圖4）。灰色和黑色交雜的條紋，得到的方波占據了水平線下方的位置，如果是灰色和白色交雜的條紋，得到的方波就會占據水平線上方的位置。條紋深淺變化更豐富一些的話，還能得到其他波形。例如，四種不同深度的條紋（如圖5左），所對應的聲波是一種粗糙的三角波（如圖5右）。

上面所制造的聲音只有單調的一種音，下面就留給讀者一個問題思考、實驗：在畫圖軟件中，怎樣改變聲音的音高？怎樣改變聲音延續的時間？怎樣改變聲音的音量？怎樣畫出一段完整的音樂旋律？（答案在本期找）