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FONDAMENTI DI INFORMATICA
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) 2 Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright 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, musica e testo) sono di proprietà dell’autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine.
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Nota di Copyright
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
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Interfaccia audio
driver software dispositivo
hardware
programma applicativo
qui tocca a noi!
qui ci pensa il costruttore…
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
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Libreria portaudio
• http://www.portaudio.com/
“Portable cross-platform Audio API”
• Compatibile con cygwin/gcc
• Wrapper per le esercitazioni di
“Architettura dei calcolatori”:
rtalib (real-time audio library)
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
Un piccolo problema
Il driver software esiste già. Come fa a chiamare una funzione della nostra applicazione?
Funzioni di CALLBACK!!!
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
Callback function
driver software
programma applicativo f_inizializzazione (indirizzo_fz_appl)
chiamata di (*indirizzo_fz_appl)()
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rtalib
• Limitata al formato CD audio (44.1 KHz, 16 bit, stereo)
• 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)
• per compilare:
cc_rta <nome programma>
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rtalib: funzioni di inizializzazione
int init_stream_for_input (void)
int init_stream_for_output (void)
int init_stream_for_input_and_output (void)
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
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rtalib: funzioni di callback
void write_buffer_to_play
(signed short int *buffer, int buffer_size)
void read_recorded_buffer
(signed short int *buffer, int buffer_size)
void read_and_write_buffer
(signed short int *input_buffer, signed short int *output_buffer, int buffer_size)
Fondamenti di Informatica - Real-time audio
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rtalib: temporizzazione e chiusura
void sleep_while_stream_is_running (double seconds)
int close_stream (void)
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Esempio:
WAVE wave;
int current_playback_position;
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Esempio: play_wave (inizializzazione)
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Esempio: play_wave (callback)
void write_buffer_to_play
(signed short int *buffer, int buffer_size) {
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 ... and right */
*buffer++ = 0; *buffer++ = 0; i++;
}
current_playback_position += buffer_size;
return;
}
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Esempio: wire
void wire (void) {
if (init_stream_for_input_and_output() == -1) {
printf ("error opening output stream\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
printf ("Playing... 'X' to terminate.\n");
while (toupper(getchar()) != 'X');
return;
}
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Esempio: wire
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++; /* left */
*output_buffer++ = *input_buffer++; /* right */
}
return;
}
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Esempio: overdrive
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Overdrive analogico
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Overdrive analogico
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Overdrive analogico:
il caldo suono delle valvole
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Il diodo ideale: clip
-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000
-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000
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Il diodo ideale in linguaggio C
sample = input_buffer[current_position];
overdriven_sample = fabs (sample * gain);
if (overdriven_sample > DYNRANGE * MAXVALUE) overdriven_sample = DYNRANGE * MAXVALUE;
if (sample < 0) overdriven_sample = -overdriven_sample;
output_buffer[current_position = overdriven_sample;
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Verso un suono più caldo:
saturazione esponenziale
-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000
-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000
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Verso un suono più caldo:
saturazione esponenziale
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Verso un suono più caldo:
saturazione esponenziale asimmetrica
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Verso un suono più caldo:
saturazione esponenziale asimmetrica
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;
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Esempio: delay (eco)
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L’effetto eco prima del digitale
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L’effetto eco prima del digitale
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L’effetto eco prima del digitale
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Delay digitale
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Delay digitale
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Il “nastro magnetico” digitale in C
• Buffer circolare
posizione di estrazione
posizione di inserimento
avanzamento degli indici
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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;