Scrittura di programmi applicativi per audio real-time: la libreria portaudio

Transcript

1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Prof. PIER LUCA MONTESSORO Università degli Studi di Udine Scrittura di programmi applicativi per audio real-time: la libreria portaudio

2 Il segnale audio amplificatore V segnale audio analogico (elettrico) t suono: successione di compressioni e rarefazioni dell aria amplificatore: amplifica il livello della tensione/corrente microfono: converte il suono in variazioni di una tensione o corrente elettrica

3 È continuo: nel tempo nelle ampiezze Il segnale audio Per la codifica digitale è necessario rendere discreto il segnale: per il tempo campionamento per le ampiezze quantizzazione

4 Campionamento V CAMPIONAMENTO t

5 Campionamento

6 Teorema del campionamento (Shannon, Nyquist) Si applica a segnali reali limitati in banda (potenza nulla al di sopra di una frequenza massima B) Permette di rappresentare completamente un segnale continuo nel tempo mediante una sequenza discreta di valori campionati a frequenza F c Vincolo: F c 2B

7 Quantizzazione Il campionamento produce dei numeri reali di precisione virtualmente infinita Per la rappresentazione digitale è necessario utilizzare un numero finito di bit La quantizzazione arrotonda i valori dei campioni introducendo irreversibilmente una perdita di informazione detta rumore di quantizzazione

8 Quantizzazione V V V t t t campionamento quantizzazione

9 Alcuni esempi Voce per telefonia digitale PCM (Pulse Code Modulation) B 3400 Hz (il canale telefonico ha banda Hz) F c = 8 khz Quantizzazione: 8 bit/campione 64 kb/s 1 minuto: 480 kb

10 Alcuni esempi Musica su CD audio B 20 khz (l insieme di frequenze udibili dall orecchio umano è Hz) F c = 44.1 khz Quantizzazione: 16 bit/campione (per ognuno dei due canali: il CD è stereo) Mb/s 1 minuto: circa 10 MB

11 In linguaggio C, file WAV I campioni da 16 bit sono rappresentati da valori di tipo signed short int La sequenza di campioni è memorizzata in un vettore in cui i valori del canale destro e canale sinistro sono alternati signed short int buffer[88200]

12 Interfaccia audio dispositivo hardware driver software programma applicativo qui ci pensa il costruttore qui tocca a noi!

13 Libreria portaudio Portable cross-platform Audio API Compatibile con cygwin/gcc Wrapper per le esercitazioni di Architettura dei calcolatori : rtalib (real-time audio library)

14 Un piccolo problema Il driver software esiste già. Come fa a chiamare una funzione della nostra applicazione? Funzioni di CALLBACK!!!

15 Callback function driver software f_inizializzazione (indirizzo_fz_appl) programma applicativo chiamata di (*indirizzo_fz_appl)()

16 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 per compilare: cc_rta <nome programma>./cc_rta <nome programma> (Windows) (Linux)

17 rtalib: funzioni di inizializzazione int init_stream_for_input (void) int init_stream_for_output (void) int init_stream_for_input_and_output (void)

18 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)

19 rtalib: temporizzazione e chiusura void sleep_while_stream_is_running (double seconds) int close_stream (void)

20 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;

21 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;