Алгоритм PCM для повышения частоты дискретизации

Как уже упоминалось, линейная интерполяция не дает наилучшего качества звука, но она проста и дешева.

Для каждого нового образца, который вы создаете, просто усредняйте его со следующим, например.

short[] source = ...;
short[] result = new short[source.length * 2];
for(int i = 0; i < source.length; ++i) {
  result[i * 2] = source[i];
  result[i * 2 + 1] = (source[i] + source[i + 1]) / 2;
}

Вам обязательно следует поискать библиотеку, которая поможет вам работать с файлами WAV. Несмотря на то, что это простой формат, вам не нужно делать это самостоятельно, если есть доступный код, который будет делать то, что вам нужно. Кстати, зачем ты это делаешь в первую очередь? Возможно, вы могли бы просто использовать sox или аналогичный инструмент для этого.

Может кто-нибудь сказать мне алгоритм линейной интерполяции? Должен ли я интерполировать между каждыми двумя байтами?

Конечно:

double interpolate_linear(double a, double b, double x) {
    assert(0.0 <= x);
    assert(1.0 >= x);

    if (0.0 >= x)
        return a;
    else if (1.0 <= x)
        return b;
    else
        return (1.0 - x) * a + x * b;
}

линейная интерполяция, хотя и лучше, чем ничего, имеет большое количество ошибок. лучше обнулить заполнение и окно, если у вас есть процессорное время.

Кроме того, когда я повышаю частоту дискретизации, мне нужно внести изменения в заголовок wav - что я должен изменить?

не уверен для java.

Вот хорошая ссылка для работы с файлами WAV в java:

http://www.labbookpages.co.uk/audio/javaWavFiles.html

Не уверен насчет заголовка, но я бы рассмотрел интерполяцию кубических сплайнов. Вы можете посмотреть на этом веб-сайте. У него очень аккуратный способ выполнения кубической интерполяции. Я не уверен, как изменить заголовок, но я уверен, что в Stack Overflow есть ответы на этот вопрос, которые вы могли бы найти.