Оптимальный способ преобразования из 16-разрядного линейного звука PCM в 32-разрядное число с плавающей запятой в C / C +?

Просто:

std::vector<int16_t> PCM = foo();
std::vector<float> audio(begin(PCM), end(PCM));

Вы можете ожидать, что это будет 1000x в реальном времени.