Низкоуровневое программирование звука в windows

Компьютерное распознавание и порождение речи

1.2.Интерфейс низкого уровня.

Итак, под низким уровнем мы понимаем элементарный уровень, предоставляемый непосредственно драйвером звукового устройства.
Звуковые устройства бывают типа Wave (с ними мы и будем работать) и типа MIDI. Wave-устройства работают с
цифровым звуком, представленным в виде последовательности
значений (отсчетов) амплитуды, идущих друг за другом с определенной
частотой, называемой частотой дискретизации. MIDI-устройства служат
для управления музыкальными устройствами, поддерживающими этот формат.

Из чего состоит и как работает звуковая карта, взаимодействуя с
программой? В состав звукового адаптера входят аналого-цифровой
преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь(ЦПА),
управляющий процессор и микшер.

Звук представляет собой колебания воздуха или другой проводящей
среды (например, воды) с частотой от 70 Гц (колебаний в секунду) до
7КГц (7000 колебаний в секунду). Звук поступает на внешнее устройство
ввода ( в нашем случае на микрофон) и преобразуется в
электромагнитные колебания этой же частоты, которые и передаются на
вход звуковой карты, а именно в микшер, который служит для
регулировки уровней различных источников, и оттуда в АЦП.
АЦП служит для преобразования аналогового (то есть непрерывного),
каковым и является наш сигнал, в дискретную (то есть состоящую из
отдельных значений) последовательность мгновенных значений
амплитуды, называемых отсчетами. Частота, с которой АЦП генерирует
отсчеты называется частотой дискретизации. Для представления
аналогового сигнала частоты f требуется как минимум частота
дискретизации 2*f. Таким образом, для представления звукового
сигнала требуется как минимум частота дискретизации 14000 отсчетов
в секунду.

Последовательность отсчетов из АЦП управляющим процессором
звуковой карты отправляется в память компьютера по внепроцессорной
шине ISA или PCI. После заполнения определенной части выделенной для
обмена памяти звуковой адаптер подает драйверу сигнал аппаратного
прерывания и тот извлекает их и переносит в буфер программы, которая
запросила запись звука.

При воспроизведении звука все происходит в обратном порядке.
Программа записывает последовательность звуковых отсчетов в буфер,
отсылает запрос на запись драйверу звуковой карты, и тот по частям
переносит данные из буфера в память компьютера. Управляющий
процессор звуковой карты последовательно извлекает отсчеты из
памяти компьютера и направляет их в ЦАП, где последовательность
дискретных цифровых сигналов преобразуется в непрерывный
электрический звуковой сигнал, далее поступающий на наушники или
колонки и преобразующийся в колебания воздуха звуковой частоты, то
есть в звук.

При работе со звуковыми адаптерами как правило используется
кодирование в формате PCM (Pulse Code Modulation — импульсно-
кодовая модуляция). Звук представляется рядом чисел выбранной
разрядности, значения которых пропорциональны значениям
амплитуды. Именно в таком виде сигнал подается на ЦАП при выводе
звука или снимается с АЦП при его вводе.

Минимальной единицей звукового потока является блок.
Размер звукового буфера программы должен быть кратен размеру блока.
В PCM блоком считается совокупность отсчетов, передаваемых за
один период частоты дискретизации, то есть один отсчет для
монофонического звука и два для стереофонического. 8-разрядные
отсчеты представляются в виде беззнаковых целых чисел, то есть
принимают значения от 0 по 255, причем чтобы передавать
отрицательные значения, считают, что 128 в 8-значном PCM-
формате соответствует нулевому уровню амплитуды. Таким
образом для пересчета этого кода в знаковую форму, передающую
значения от -128 до +127, нужно из PCM-кода отнять 128.
Отсчеты с разрядностью больше 8 представляются в виде целых чисел
со знаком и с нисми можно работать как с обычными целыми числами
типа short (для 16-разрядных) или long (для 32-разрядных).

Каков алгоритм взаимодействия программы со звуковой
подсистемой?

Prince

Сообщ.
#2

,
21.07.15, 11:51