Nota di Copyright

(1)

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

(2)

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Nota di Copyright

(3)

Interfaccia audio

driver software dispositivo

hardware

programma applicativo

qui tocca a noi!

qui ci pensa il costruttore…

(4)

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)

(5)

Un piccolo problema

Il driver software esiste già. Come fa a chiamare una funzione della nostra

applicazione?

Funzioni di CALLBACK!!!

(6)

Callback function

driver software

programma applicativo f_inizializzazione (indirizzo_fz_appl)

chiamata di (*indirizzo_fz_appl)()

(7)

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>

(8)

rtalib: funzioni di inizializzazione

int init_stream_for_input (void)

int init_stream_for_output (void)

int init_stream_for_input_and_output (void)

(9)

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)

(10)

rtalib: temporizzazione e chiusura

void sleep_while_stream_is_running

(double seconds)

int close_stream (void)

(11)

Esempio:

play_wave (main)

WAVE wave;

int current_playback_position;

int main (int argc, char *argv[]) {

FILE *fpin;

if (argc != 2) ...

fpin = fopen (argv[1], "rb");

if (fpin == NULL) ...

wave = ReadWave (fpin);

fclose (fpin);

play_wave ();

ReleaseWaveData (&wave);

return EXIT_SUCCESS;

(12)

Esempio: play_wave (inizializzazione)

void play_wave (void) {

current_playback_position = 0;

if (init_stream_for_output() == -1) {

printf ("error opening output stream\n");

exit (EXIT_FAILURE);

}

sleep_while_stream_is_running

(wave.numofstereosamples / (double) SAMPLINGRATE);

return;

}

(13)

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;

(14)

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;

}

(15)

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;

}

(16)

Esempio: overdrive

(17)

Overdrive analogico

(18)

Overdrive analogico

(19)

Overdrive analogico:

il caldo suono delle valvole

(20)

Il diodo ideale: clip

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000

(21)

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;

(22)

Verso un suono più caldo:

saturazione esponenziale

-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000

(23)

Verso un suono più caldo:

saturazione esponenziale

sample =

input_buffer[current_position] * gain / MAXVALUE;

overdriven_sample = 1 - (exp (-K * fabs(sample)));

if (sample < 0) overdriven_sample = -overdriven_sample;

output_buffer[current_position] =

overdriven_sample * MAXVALUE;

(24)

Verso un suono più caldo:

saturazione esponenziale asimmetrica

-35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000

(25)

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;

(26)

Esempio: delay (eco)

(27)

L’effetto eco prima del digitale

(28)

L’effetto eco prima del digitale

(29)

L’effetto eco prima del digitale

(30)

(31)

Delay digitale

(32)

Il “nastro magnetico” digitale in C

• Buffer circolare

posizione di estrazione

posizione di inserimento

avanzamento degli indici

(33)

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;