陈凯

大家知道，无论是哪一种媒体文件，其数据在计算机内部都是以二进制形式存储的。不同的文件都有文件头，用来说明文件中二进制数据的格式，如果把文件头去掉，只剩下二进制数据，那么计算机软件就不知道这个文件究竟是哪一种媒体文件了。根据这个原理，可以做一些奇怪的事情。例如，用画图软件来画音乐。本期实验需要用到的工具是任意一款画图软件，为简便起见，我们可使用Windows操作系统自带的“画图”；本文示例中所用的声音编辑工具是开源软件Audacity；文件编辑器为在线二进制文件编辑工具onlinehexeditor，其地址是http：//www.onlinehexeditor.com/。为了便于浏览和编辑，所有的二进制数据都是以十六进制形式表示的。

● 用画图软件画出一个波

空气分子以一定频率振动就会发出某个音阶的音，振动频率高，则发音高，振动频率低，则发音也低。所谓的音频数据，就是一大串用于表示振动波形的二进制数据，其中最容易实现的波是方波（如图1）。

那么，怎样在画图软件里画波形呢？当然不是直接画波的形状，而是画不同颜色的垂直条纹。例如，最简单的方波可以由黑色和灰色两条垂直的条纹组成（如图2），画好后保存为BMP格式。

为什么两条不同颜色的垂直条纹就是方波呢？想象一下，软件会按行的顺序来读取数据，若读取到一行灰色，其二进制数据就是连续的“10000000”，以十六进制表示就是80；若读到一行黑色，其二进制数据就是连续的“00000000”，以十六进制表示就是00。因为BMP图像有许多行，所以依次读取，就是“00000000”和“10000000”交替出现，恰好就对应着方波图形。需要注意的是，BMP图像是自下而上编码的，二进制文件中的第一行数据所对应的是BMP图像最后一行的数据。

● 使用二进制文件编辑器分析图像文件

使用onlinehexeditor可以清楚地看到这个BMP文件的二进制编码（如图3）。

这些二进制数据是以十六进制形式显示的，前54个字节的数据是用来描述BMP文件格式的，从第55个字节开始就是图像数据。

● 用声音编辑工具导入二进制文件为音频文件

使用Audacity软件，选择“文件—导入—原始数据（File—Import—Raw data）”，导入图像文件。注意在弹出的导入“编码”选项中选择“Unsigned 8 bit PCM”，意为以字节为单位导入数据；在“偏移”栏目里填写55，意思是跳过55个字节的文件头。

于是就能看见一段方波，原来的BMP图像文件变成了声音波形文件，并且还能在Audacity里演奏出声音（如图4）。灰色和黑色交杂的条纹，得到的方波占据了水平线下方的位置，如果是灰色和白色交杂的条纹，得到的方波就会占据水平线上方的位置。条纹深浅变化更丰富一些的话，还能得到其他波形。例如，四种不同深度的条纹（如图5左），所对应的声波是一种粗糙的三角波（如图5右）。

上面所制造的声音只有单调的一种音，下面就留给读者一个问题思考、实验：在画图软件中，怎样改变声音的音高？怎样改变声音延续的时间？怎样改变声音的音量？怎样画出一段完整的音乐旋律？（答案在本期找）