Nota di Copyright Interfaccia audio Libreria portaudio Un piccolo

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Fondamenti di Informatica
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
Nota di Copyright
FONDAMENTI DI INFORMATICA
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e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi
inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio,
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slide.
In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono
mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali.
Prof. PIER LUCA MONTESSORO
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
Libreria in linguaggio C per
elaborazione audio in real time
© 2010 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2)
1
Interfaccia audio
dispositivo
hardware
driver
software
2
Libreria portaudio
• http://www.portaudio.com/
“Portable cross-platform Audio API”
programma
applicativo
• Compatibile con cygwin/gcc
qui ci pensa il
costruttore…
• Wrapper per le esercitazioni di
“Architettura dei calcolatori”:
rtalib (real-time audio library)
qui tocca a
noi!
3
4
Un piccolo problema
Callback function
Il driver software esiste già. Come fa a
chiamare una funzione della nostra
applicazione?
driver
software
programma
applicativo
f_inizializzazione (indirizzo_fz_appl)
chiamata di (*indirizzo_fz_appl)()
Funzioni di CALLBACK!!!
5
6
1
rtalib
rtalib: funzioni di inizializzazione
• Limitata al formato CD audio
(44.1 KHz, 16 bit, stereo)
int init_stream_for_input (void)
• Richiede i file cygportaudio-2.dll e
libportaudio.dll.a (Windows) o
libportaudio.so (Linux), portaudio.h,
rtalib.c, rtalib.h, wav.c, wav.h, (sul sito
www.montessoro.it)
int init_stream_for_output (void)
int init_stream_for_input_and_output (void)
• per compilare:
cc_rta <nome programma>
7
8
rtalib: funzioni di callback
rtalib: temporizzazione e chiusura
void write_buffer_to_play
(signed short int *buffer, int buffer_size)
void sleep_while_stream_is_running
(double seconds)
void read_recorded_buffer
int close_stream (void)
void read_and_write_buffer
(signed short int *input_buffer,
signed short int *output_buffer,
int buffer_size)
9
Esempio: play_wave (inizializzazione)
WAVE wave;
int current_playback_position;
Esempio:
play_wave
(main)
10
int main (int argc, char *argv[])
{
FILE *fpin;
void play_wave (void)
{
current_playback_position = 0;
if (init_stream_for_output() == -1)
{
printf ("error opening output stream\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
if (argc != 2) ...
fpin = fopen (argv[1], "rb");
if (fpin == NULL) ...
wave = ReadWave (fpin);
fclose (fpin);
sleep_while_stream_is_running
(wave.numofstereosamples / (double) SAMPLINGRATE);
play_wave ();
return;
}
ReleaseWaveData (&wave);
return EXIT_SUCCESS;
}
11
12
2
Esempio: play_wave (callback)
void write_buffer_to_play
{
int i;
for (i = 0; i + current_playback_position <
wave.numofstereosamples && i < buffer_size; i++) {
*buffer++ = SAMPLE(wave, LEFT,
i + current_playback_position);
*buffer++ = SAMPLE(wave, RIGHT,
i + current_playback_position);
}
while (i < buffer_size)
/* silence left ...
*buffer++ = 0;
}
Esempio: wire
void wire (void)
{
if (init_stream_for_input_and_output() == -1)
{
printf ("error opening output stream\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
{
and right */
*buffer++ = 0;
printf ("Playing... 'X' to terminate.\n");
while (toupper(getchar()) != 'X');
i++;
return;
}
current_playback_position += buffer_size;
return;
}
13
Esempio: wire
14
Esempio: overdrive
void read_and_write_buffer
(signed short int *input_buffer,
signed short int *output_buffer, int buffer_size)
{
int i;
for (i = 0; i < buffer_size; i++)
{
*output_buffer++ = *input_buffer++;
*output_buffer++ = *input_buffer++;
}
/* left */
/* right */
return;
}
15
16
Overdrive analogico
Overdrive analogico
17
18
3
Overdrive analogico:
il caldo suono delle valvole
Il diodo ideale: clip
30000
20000
10000
0
-40000
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
-10000
-20000
-30000
19
20
Verso un suono più caldo:
saturazione esponenziale
Il diodo ideale in linguaggio C
40000
sample = input_buffer[current_position];
30000
overdriven_sample = fabs (sample * gain);
20000
if (overdriven_sample > DYNRANGE * MAXVALUE)
overdriven_sample = DYNRANGE * MAXVALUE;
10000
0
-40000
-30000
-20000
-10000
if (sample < 0) overdriven_sample = -overdriven_sample;
output_buffer[current_position = overdriven_sample;
0
10000
20000
30000
40000
-10000
-20000
-30000
-40000
21
22
saturazione esponenziale asimmetrica
saturazione esponenziale
15000
10000
sample =
input_buffer[current_position] * gain / MAXVALUE;
5000
0
-40000
overdriven_sample = 1 - (exp (-K * fabs(sample)));
-30000
-20000
-10000
-5000
0
10000
20000
30000
40000
-10000
if (sample < 0) overdriven_sample = -overdriven_sample;
output_buffer[current_position] =
overdriven_sample * MAXVALUE;
-15000
-20000
-25000
-30000
-35000
23
24
4
saturazione esponenziale asimmetrica
Esempio: delay (eco)
sample =
input_buffer[current_position] * gain / MAXVALUE;
if (sample < 0)
overdriven_sample =
- (1 - (exp(-K*fabs(sample))));
else
overdriven_sample =
(1 - (exp(-K*fabs(sample*ASYMGAIN))))/ASYMGAIN;
output_buffer[current_position] =
overdriven_sample * MAXVALUE;
25
L’effetto eco prima del digitale
26
27
Delay digitale
28
29
30
5
Delay digitale
Il “nastro magnetico” digitale in C
• Buffer circolare
posizione di
estrazione
posizione di
inserimento
avanzamento degli indici
31
32
Il “nastro magnetico” digitale in C
• Per il delay, scrittura e lettura sono
sincronizzate (semplificazione!)
output_buffer[i] =
input_buffer[i] +
nastro[indice_estrazione]*attenuazione;
nastro[indice_inserimento] =
output_buffer[i];
if (++indice_inserimento >= DIM_BUFFER)
indice_inserimento = 0;
if (++indice_estrazione >= DIM_BUFFER)
indice_estrazione = 0;
33
6

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