Курсовая работа: Программа воспроизведения произвольного звукового файла с использованием звукового адаптера (формат - wav)
Курсовая работа: Программа воспроизведения произвольного звукового файла с использованием звукового адаптера (формат - wav)
Курсовая работа по дисциплине «Организация ЭВМ»
Студент: Изотов И.Н.
Брянский государственный технический университет
Брянск 2007
Введение
Программирование современных звуковых плат - весьма сложное занятие. В качестве примера рассмотрим одну часто применяемую операцию – воспроизведение оцифрованного звука. Для вывода звука через звуковую плату может использоваться один из трех режимов: пряной вывод (команда 10h), когда программа должна сама с нужной частотой посылать отдельные байты из оцифрованного звука в DSP; простой DMA-режим, когда выводится блок данных, после чего вызывается прерывания; и DMA с автоинициализацией, когда данные выводятся непрерывно и после вызова каждого блока вызывается прерывание. Именно в этом порядке увеличивается качество воспроизводимого звука. В первом случаи качество звука будет очень плохим, поэтому будем реализовывать второй случай, благодаря чему мы сможем указать точную скорость оцифровки звука и выводить 16-битный звук. Данная программа работает только на звуковых платах Sound Blaster.
Устройство звуковой платы Sound Blaster
Звуковые платы совместимые с теми или иными моделями Sound Blaster, выглядят как четыре независимых устройства:
DSP (Digital Signal Processor) - устройство, позволяющее выводить и считывать оцифрованный звук;
Микшер (Mixer) - система регуляторов громкости для всех каналов платы;
DFM (Frequency Modulation) или AdLib (по названию первой звуковой платы) - устройство, позволяющее синтезировать звук из синусоидальных и треугольных волн. Слова типа OPL2 или OPL3 в описании платы - это и есть номера версии используемого FM-синтезатора;
MIDI (Music Instrumental Digital Interface) - стандартный интерфейс передачи данных в музыкальной аппаратуре. Но в нашем случае рассматривается GMIDI (обобщенный MIDI) - более качественная система генерации музыки, в которой используются не искусственные синусоидальные сигналы, а образцы звучания различных инструментов. К сожалению, качество этих образцов в большинстве дешевых плат оставляет желать лучшего.
Номера портов ввода-вывода, предоставляющих доступ ко всем этим устройствам, отсчитываются от базового порта, обычно равного 220h, но допускаются также конфигурации с 210h, 230h, 240h, 250h, 260h и 280h. Кроме того, интерфейс - GMIDI использует другую серию портов, которая может начинаться как с 300h, так и с 330h. В описаниях портов мы будем считать, что базовыми являются 220U и 300h. Область портов интерфейса с AdLib начинается с 388h.
Существует большое число модификаций плат Sound Blaster, отличающихся, помимо всего прочего, набором поддерживаемых команд и портов ввода-вывода. После названия каждой команды или порта мы будем указывать сокращенное название платы, начиная с которой эта команда или порт поддерживается:
- SB- Sound Blaster 1.0;
- SB2 - Sound Blaster 2.0;
- SBPro - Sound Blaster Pro;
- SBPro2 - Sound Blaster Pro2;
- SB16 - Sound Blaster 16;
- ASP - Sound Blaster 16 ASP;
- AWE - Sound Blaster AWE32.
Программирование DSP
Цифровой процессор - наиболее важная часть звуковой платы. Именно с его помощью осуществляется вывод обычного оцифрованного звука, так же как и запись звука из внешнего источника в файл. Для своей работы, помимо описываемых в этом разделе портов, DSP использует прерывания и контроллер прямого доступа к памяти DMA. Программирование DMA мы рассмотрим далее. DSP обслуживается при помощи следующих портов:
226h для записи: сброс DSP (SB)
Запись в этот порт осуществляет полную переинициализацию DSP, прерывая все происходящие процессы. Операцию сброса DSP необходимо выполнить, по крайней мере, один раз после перезагрузки системы, чтобы его можно было использовать.
Процедура сброса осуществляется следующим образом:
1. В порт 226h записывается число 1 (начало инициализации).
2. Выдерживается пауза как минимум 3, 3 мкс.
3. В порт 226h записывается число 0 (конец инициализации).
4. Выдерживается пауза максимум 100 мкс. В течение паузы можно выполнять чтение порта 22Eh. Когда в считываемом числе будет установлен бит 7 (данные готовы), можно сразу переходить к пункту 5. В противном случае имеет смысл повторить процедуру, используя другой базовый порт.
5. Выполняется чтение из порта 22Ah. Если считанное число равно 0AAh - DSP был успешно инициализирован. В противном случае допускается вернуться к пункту 4, но по истечении 100 мкс после записи в 226h можно будет с уверенностью сказать, что DSP с базовым адресом 220h не существует или не работает.
22Ah для чтения: чтение данных из DSP (SB)
Чтение из этого порта используется для передачи всех возможных данных от DSP программам. Процедура чтения состоит из двух шагов;
1. Выполнять цикл чтения порта 22Eh, пока бит 7 считываемого байта не окажется равным единице.
2. Выполнить чтение из порта 22Ah.
22CН для записи: запись данных и команд DSP (начиная с SB)
Этот единственный порт используется для передачи всего множества команд DSP и для пересылки в него данных (аргументов команд). Процедура записи:
1. Выполнять цикл чтения порта 22Ch, пока бит 7 считываемого байта не окажется равным нулю.
2. Выполнить запись в порт 22Ch.
22Ch для чтения: готовность DSP для приема команды (SB)
Если при чтении из этого порта бит 7 сброшен в ноль - DSP готов к приему очередного байта в порт 22Ch на запись. Значение остальных битов не определено.
22Eh для чтения: готовность DSP для посылки данных (начиная с SB)
Если при чтении из этого порта бит 7 установлен в единицу - DSP готов к передаче через порт 22Ah очередного байта.
22Eh для чтения (тот же порт!): подтверждение обработки 8-битного прерывания (SB)
Обработчик прерывания, сгенерированного звуковой платой по окончании 8-битной операции, обязательно должен выполнить одно чтение из этого порта перед завершением (помимо обычной процедуры посылки сигнала EOI в соответствующий контроллер прерываний).
22Fh для чтения: подтверждение обработки 16-битного прерывания (SB16)
Обработчик прерывания, сгенерированного звуковой платой по окончании 16-битной операции, обязательно должен выполнить одно чтение из этого порта перед завершением (помимо обычной процедуры посылки сигнала ЕОI в соответствующий контроллер прерываний).
Теперь рассмотрим команды DSP. Все они пересылаются в звуковую плату через порт 22Ch, как описано выше. После команды могут следовать аргументы которые передаются таким же образом (включая ожидание готовности к приему команды).
Команды DSP
04h: состояние DSP (устаревшая) (SB2 - SBPro2)
Возвращает информацию о текущей операции DSP:
бит 0: динамик включен
бит 1: стерео АЦП включен
бит 2: всегда 0
бит 3: происходит прямое воспроизведение 8-битного РСМ
бит 4: происходит воспроизведение 2-битного ADPCM через DMA
бит 5: происходит воспроизведение 2, 6-битного ADPCM через DMA
бит 6: происходит воспроизведение 4-битного ADPCM через DMA
бит 7: происходит воспроизведение 8-битного РСМ через DMA
10h, NN: прямое воспроизведение 8-бйтного звука (SB)
Выводит очередной байт (NN) из несжатого 8-битного оцифрованного звука на воспроизведение. При использовании этого способа воспроизведения сама программа должна заботиться о том, чтобы новые данные всегда были наготове (то есть не считывать их с диска в ходе работы) и чтобы байты пересылались в DSP с необходимой частотой. (В этом режиме поддерживаются частоты до 23 кГц.) Процедура вывода проста:
1. Вывести в DSP команду 10h и очередной байт из оцифровки.
2. Подождать необходимое время и вернуться к пункту 1.
Чтобы выполнять пересылку байтов с заданной частотой, обычно перепрограммируют системный таймер. Но из-за ограничений по качеству звука и высокой ресурсоемкости такой способ воспроизведения практически не используется.
14h, LO , HI: прямое воспроизведение 8-битного РСМ через DMA (SB). Начинает процесс воспроизведения данных, на которые настроен соответствующий канал DMA :
1. Установить обработчик прерывания от звуковой платы (и разрешить его в контроллере прерываний).
2. Выполнить команду 40h или другим образом установить частоту оцифровки.
3. Выполнить команду ODlh (включить динамик).
4. Настроить DMA (режим 48h + номер канала).
5. Выполнить команду 14h. Аргументы LO и HI - это младший и старший байты длины проигрываемого участка минус один.
6. Из обработчика прерывания подтвердить его чтением порта 22Е h и посылкой байта 20h в соответствующий контроллер прерываний.
7. Выполнить команду 0D3h (выключить динамик).
На платах, начиная с SB16, для этого режима рекомендуется пользоваться командами 0C?h.
16h, LO, HI: прямое воспроизведение 2-битного ADPCM через DMA (SB). Начинает процесс воспроизведения данных аналогично команде 14h, но они должны храниться в сжатом формате Creative ADPCM 2 bit. Длина, указываемая в качестве аргументов этой команды, равна (число_6айтов + 2)/4. В качестве нулевого байта в процедуре распаковки ADPCM используется значение, которое применялось последней командой 17h. В остальном процедура воспроизведения аналогична команде 1 Ah.
17h, LO, HI: прямое воспроизведение 2-битного ADPCM через DMA с новым нулевым бантом (SB).
То же самое, что и 16h, но первый байт из данных будет рассматриваться как нулевой байт для процедуры распаковки ADPCM.
1Ch: воспроизведение 8-битного PСМ через DMA с автоинициализацией (SB2) Начинает режим воспроизведения с автоинициализацией - лучший из режимов, предлагаемых звуковыми платами. В этом режиме DSP воспроизводит в цикле содержимое указанного участка памяти, мгновенно возвращаясь на начало, пока он не будет остановлен командой 0DAh или новой командой воспроизведения через DMA. Весь секрет заключается в том, что плата генерирует прерывание не только при достижении конца блока, но и при достижении его середины. Таким образом, пока DSP проигрывает вторую половину буфера, мы можем прочитать следующие несколько килобайтов в первую половину, не останавливая воспроизведение ни на миг:
Установить обработчик прерывания звуковой платы и разрешить его в
контроллере прерываний.
2. Выполнить команду 40h или другим образом установить частоту оцифровки.
3. Выполнить команду 48h (установить размер DMA-буфера - (число байтов +
1)/2 - 1).
4. Выполнить команду 0Dlh (включить динамик).
5. Настроить DMA (режим 58h + номер канала).
6. Выполнить команду 1Ch
7. В обработчике прерывания: заполнить следующую половину буфера.
8. В обработчике прерывания: подтвердить прерывание чтением из 22Eh и
записью 20h в контроллер прерываний.
9. Подождать, пока не будут воспроизведены все данные.
10. Выполнить команду 0D3h (выключить динамик).
11. Выполнить команду 0D0h (остановить 8-битную DMA-передачу).
12. Выполнить команду 0DAh (завершить режим автоннициалиэации).
13. Выполнить команду 0D0h (остановить 8-битную DMA-передачу).
На платах, начиная с SB16, для этого режима рекомендуется пользоваться командами 0С? h.
1Fb: воспроизведение 2-битного ADPCM через DMA с автоинициализацией (SB2)
Аналог команды 1Ch, но данные хранятся в 2-битном формате ADPCM с нулевым байтом. Длина блока рассчитывается так: длина = (число байтов + 3)/4 + 1 длина блока = (длина + 1)/2 - 1
20h: прямое чтение 8-битных данных из АЦП (SB)
Команда предназначена для чтения оцифрованного звука из внешнего источника. Используется следующая процедура:
1. Выполнить команду 20h.
2. Прочитать очередной байт.
3. Подождать необходимое время и вернуться к пункту 1
Проблемы с этой командой точно такие же, как и с 10h.
24h, LO, HI: чтение 8-битного РСМ через DMA (SB)
Аналог команды 14h, но выполняет не воспроизведение, а запись звука. Последовательность действий идентична случаю с 14h, но используемый режим DMA - 44h + номер канала.
2Ch: запись 8-бнтного РСМ через DМА с автоинициализацией (SB2) Аналог команды 1Ch, но выполняет не воспроизведении, а запись звука. Последовательность действий идентична случаю с 1Ch, но используемый режим DMA - 54h + номер канала.
30h: прямое чтение MIDI (SB)
Выполняет чтение очередного MIDI-события:
1. Выполнить команду З0h.
2. Прочитать MIDI-событие (до 64 байт).
31h: чтение MIDI с прерыванием (SB)
Включает генерацию прерывания от звуковой платы при поступлении нового
MIDI-события. Для этого необходимо:
1. Установить обработчик прерывания.
2. Выполнить команду 31h.
3. В обработчике прерывания: прочитать MIDI-событие.
4. В обработчике прерывания: подтвердить прерывание чтением из 22Eh и
записью 20h в контроллер прерываний.
5. Выполнить команду 31h еще раз, чтобы отменить генерацию прерывания.
32h: прямое чтение MIDI-события с дельта временем (SB)
Выполняет чтение очередного MJDI-события и 24-битного дельта времени, то есть времени в микросекундах, наступившего после предшествующего MIDI-события. (Считываются данные в следующем порядке: младший байт времени, средний байт времени, старший байт времени, MIDI-команда.) Именно в виде последовательности MIDI-событий, перед каждым из которых указано дельта-время, и записывается музыка в MIDI-файлах.
32h: чтение MIDI-события с дельта временем с прерыванием (SB). Включает/выключает генерацию прерываний от звуковой платы аналогично команде 31h, но при чтении MIDI-события передаются вместе с дельта временами, как в команде 32h.
34h: режим прямого доступа к UART (SB2).
Отключает DSP, после чего все команды записи/чтения в его порты (используя тот же механизм проверки готовности) рассматриваются как MIDI-события. Вывести DSP из этого режима можно только с помощью полной переинициализации.
37 h: режим прямого доступа к UART с прерыванием (SB2)
Переключает порты DSP на UART аналогично команде 34h, но каждый раз, когда новое MIDI-событие готово для чтения, вызывается прерывание звуковой платы.
38h: MIDI прямая запись MIDI (SB).
Посылает одно MIDI-событие.
40 h, ТС: установить временную константу (SB)
Устанавливает частоту оцифровки, используя однобайтную константу, рассчитываемую следующим образом:
ТС = 256 - (1000000 / (число_каналов * частота)), где число_каналов - 1 для моно и 2 для стерео.
41h, LO, HI: установить частоту оцифровки (SB16)
Аналогично 40h, но указывается истинное значение частоты (сначала младший, потом старший байты). Число каналов определяется автоматически. Реальная частота тем не менее округляется до ближайшего возможного значения ТС.
45h: продолжить остановленное 8-битное воспроизведение через DMA (SB16) Продолжает остановленное командой 0DAh воспроизведение 8-битного звука через DMA с автоинициализацией.
47h: продолжить остановленное 16-битное воспроизведение через DMA (SB16). Продолжает остановленное командой 0D9h воспроизведение 16-битного звука через DMA с автоинициализацией.
48h, LO, HI: установить размер буфера DMA (SB2)
Устанавливает число байтов минус один для следующей команды передачи через DMA (сначала младший байт, затем старший).
74h, LO, HI: прямое воспроизведение 4-битного ADPCM через DMA (SB).
Аналог 16h, но используется 4-битный вариант формата Creative ADPCM.
75h, LO, HI: прямое воспроизведение 4-битного ADPCM через DMA с новым нулевым байтом (SB).
Аналог 17h, но используется 4-битный вариант формата Creative ADPCM.
76h, LO, HI: прямое воспроизведение 2, 6-битного ADPCM через DMA (SB).
Аналог 16h, но используется 2, 6-битный вариант формата Creative ADPCM.
77h, LO, HI: прямое воспроизведение 2, 6-битного ADPCM через DMA с новым нулевым байтом (SB).
Аналог 17h, но используется 2, 6-битный вариант формата Creative ADPCM.
7Dh: воспроизведение 4-битного ADPCM через DMA с автоинициализацией (SB2).
Аналог lFh, но используется 4-битный вариант формата Creative ADPCM.
7Fh: воспроизведение 2, 6:битного ADPCM через DMA с авто инициализацией (SB2).
Аналог 1Fh, но используется 2, 6-битный вариант формата Creative ADPCM.
80h, LO, HI: заглушить DSP (SB)
Вывести указанное число байтов тишины с текущей частотой оцифровки.
0B?h/0C?h MODE, LO, HI: обобщенный интерфейс к DSP (SB16)
Команды 0B?h используются для 16-битных операций, команды 0C?h – для 8-битных. Младшие четыре бита определяют режим:
Страницы: 1, 2
