Turbo Pascal - projektowanie kart dźwiękowych

niewątpliwego sukcesu to z pewnością dość duŜe moŜliwości i niska cena przy zachowaniu zgodności
programowej z wcześniejszym dominantem - kartą AdLib firmy AdLib Inc. Obecnie, nawet w chwili gdy
faktycznym standardem są juŜ karty 16-bitowe, poczciwy SB wciąŜ trzyma się dobrze. Dzieje się tak między
innymi dlatego, Ŝe najprostszą kartę zgodną ze standardem SB 2.0 nabyć juŜ moŜna za cenę niŜszą niŜ 100
złotych.
Oto garść podstawowych informacji na temat parametrów karty Sound Blaster:

• 11-głosowy syntezer FM. MoŜe pracować w dwóch trybach:

w trybie melodycznym (9 głosów) i w trybie rytmicznym (moŜliwość syntezy sześciu róŜnych brzmień i
korzystania z pięciu brzmień perkusyjnych: bęben basowy, talerz, werbel, bębenek i high hat). Syntezer
FM zapewnia zgodność z kartą AdLib -oparty jest na tym samym układzie (FM1312).

• MoŜliwość zapisu i odtwarzania próbkowanych dźwięków. Konwersja analogowo-cyfrowa i cyfrowo-

analogowa realizowana jest przez serce karty SB - układ DSP [Digital Sound Processor).

ROZDZIAŁ 1

Próbkowanie i odtwarzanie kolejnych próbek dźwięku moŜe odbywać się z róŜną (w zaleŜności od wersji karty)
częstotliwością. l tak dla kart w wersjach l.x maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 12 kHz,
maksymalna częstotliwość odtwarzania - 23 kHz, w wersji 2.0 (wymiana DSP z 1.05 na 2.00) maksymalna
częstotliwość próbkowania to 15 kHz, a odtwarzania - 44,1 kHz. Zapis dźwięku we wszystkich wersjach karty
jest dokonywany z 8-bitową rozdzielczością. Układ DSP zapewnia moŜliwość kompresji samplowanego sygnału
w czasie rzeczywistym według trzech algorytmów (ADPCM 4:1, 3:1, 2:1). Dekompresja moŜe być realizowana
w czasie rzeczywistym.

• MoŜliwość współpracy z urządzeniami MIDI. Urządzeń wyposaŜonych w złącza typu MIDI niestety nie moŜemy
połączyć bezpośrednio do karty Sound Blaster - konieczne jest uŜycie tzw. Sound Blaster MIDI Kit. Jest tak,
poniewaŜ na karcie nie znajdują się standardowe gniazda MIDI (DIN).
• MoŜliwość współpracy z joystick'iem analogowym. W wersji 1.0 karty znajduje się teŜ moduł CMS upgrade. Był
on instalowany w celu zapewnienia zgodności z poprzednim wyrobem firmy - kartą Gamę Blaster, zawierającą układ
12-głosowej syntezy AM.

Rysunek l przedstawia rozmieszczenie najwaŜniejszych elementów karty Sound Blaster 2.0.

h UNE-IN LLJP WE MIKROFON

|Potefiqomeł fegutwy gtosnosd

WYStUCHAWK.

Złqcze JOY/MO

Rys.! Karta Sound Blaster w wersjl 2.0

11
OBSŁUGA PLIKÓW VOC

2. OBSŁUGA PLIKÓW TOĆ

Format VOC (Creative Voice File) to przyjęty przez firmę Creative Labs Inc. format zapisu plików
zawierających dane dźwiękowe. Pliki tego typu obsługują programy dołączane do kart serii Sound Blaster.
Przykładem mogą być programy VOXK1T i VEDIT. Zaletą jest duŜa funkcjonalność i uniwersalność plików
VOC. Ich obsługa jest bardzo prosta - informacje w nich zawarte całkowicie opisują sposób odtwarzania (w
strukturze VOC znalazło się miejsce na dane dotyczące częstotliwości próbkowania dźwięku, a takŜe sposobu
kompresji danych). Tematem tego rozdziału jest stosowanie sterowników dostarczanych przez Creative Labs
Inc. przy programowaniu obsługi plików zapisanych w tym formacie.

2.1 STRUKTURA PLIKU VOC

Zasadniczo w strukturze pliku VOC wyróŜnić moŜna dwa bloki: blok nagłówka i blok danych. Blok
nagłówka lo blok przechowujący identyfikator pliku, numer wersji oraz (bardzo waŜne przy programowaniu)
adres początku bloku danych. Blok danych to naturalnie część pliku przeznaczona do przechowywania
danych dźwiękowych. MoŜe być on podzielony na kilka, funkcjonalnie róŜnych, części.

ROZDZIAŁ 2

Blok nagłówka

PołoŜenie względem początku pliku

Opis

0-19
20-21
21-23
24-25

Opis pliku. W tym miejscu przechowywany Jest napis:
,.Crealive Voice File" oraz bajt o wartości szesnastkowej 1A.
Przesunięcie początku bloku danych względem początku pliku. Wartość lego stówa wykorzystujemy programując
obsługę pliku VOC (długość nagłówka dla róŜnych wersji formatu moŜe być przecieŜ inna).
Numer wersji formatu pliku. Młodszy bajt przechowuje mniej znaczącą część numeru, starszy - bardziej znaczącą.
Kod identyfikacyjny pliku VOC ułatwiający rozpoznanie pliku zapisanego w tym formacie. Jest równy sumie słowa
przechowującego numer wersji formatu i słowa o wartości szesnastkowej 1234.

Blok danych
Ta część pliku podzielona jest na wiele podbloków spełniających róŜne funkcje. Regułą jest tu, Ŝe pierwszy bajt
podbloku specyfikuje jego typ. W zasadzie programista nie musi wnikać w strukturę poszczególnych podbloków,
gdyŜ za odpowiednią interpretację zawartych w nich danych odpowiedzialne są funkcje sterowników CT-VOICE i
CVDSK, opisywane w dalszej części rozdziału. Znajomość funkcji podbloków jest jednak konieczna do pełnego
wykorzystania moŜliwości dostarczanych programiście.
A oto jak przedstawiają się dostępne typy podbloków:

• Typ O - Terminator (podblok kończący)

Pojedynczy bajt o wartości O (BLKTYPE=0). Ten podblok kończy cały blok danych. Procedura odtwarzająca
dźwięk kończy działanie po napotkaniu tego podbloku.

• Typ l - Voice Data (dane dźwiękowe)

Podblok przechowujący spróbkowany dźwięk wraz z opisem. Jego struktura przedstawia się następująco:

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Przesunięcie Opis

O Bajt o wartości l uŜywany przy identyfikacji podbloku (BLKTYPE=1).
l Trzy bajty opisujące ilość bajtów zajmowanych przez blok (BLKLEN). Liczba bajtów

przeznaczonych na próbkę to wartość pola BLKLEN pomniejszona o 2.

4 Bajt, którego wartość informuje o częstotliwości z jaką dźwięk był spróbkowany (SR).

Przechowywaną w nim liczbę obliczyć moŜna korzystając ze wzoru:

SR = 256- 1000000/f gdzie f to częstotliwość wyraŜona w Hz.

5 Bajt opisujący metodę zastosowanej kompresji danych (PACK). Znaczenie róŜnych wartości:

O - bez kompresji

1 - kompresja metodą 4-bit
2 - kompresjo metodą 2.6-bit
3 - kompresjo 2-bit

6 Początek ciągu bajtów próbki.
Typ 2 - Voice Continuation (kontynuacja)
Podblok przechowujący dane będące kontynuacją zapisanych w podbloku typu l. Ten typ podbloku
przydatny jest w sytuacjach, gdy długość zapisywanej próbki jest na tyle duŜa, Ŝe 3 bajty pola BLKLEN
w podbloku l nie okazują się nie wystarczające.

Przesuni

cie Opis

O Bajt BLKTYPE o warto

ci 2.

l Trzy bajty opisujące długość bloku (BLKLEN).
4 Początek ciągu bajtów próbki.
Typ 3 - Silence (cisza)
Podblok definiujący okres ciszy. UŜycie podbloków tego typu moŜe okazać się przydatne tam, gdzie
zaleŜy nam na oszczędności pamięci dyskowej (takŜe operacyjnej na czas odtwarzania), a próbka
dźwiękowa zawiera okresy ciszy (przynajmniej względnej).

ROZDZIAŁ 2

Przesunięcie Opis

Bajt BLKTYPE o warto

ci 3.

Trzy bajty pola BLKLEN. Warto

ść

tego pola dla tego typu podbloku wynosi zawsze 3.

Dwubajtowe pole PERIOD określające czas trwania ciszy wyraŜony w jednostkach cyklu próbkowania
(odwrotność częstotliwości próbkowania wyraŜonej wHz).

Bajt pola SR, którego warto

ść

wyliczamy według wzoru przedstawionego przy opisie typu Voice

Data.

Typ 4 - Marker
Funkcja podbloku tego typu jest dość specyficzna. Mianowicie sterownik CT-VOICE, podczas odtwarzania dźwięku,
modyfikuje słowo statusowe wartością przechowywaną w tym podbloku. Badanie słowa statusowego pozwala więc
sprawdzić, która część bloku danych pliku VOC jest aktualnie odtwarzana. Ułatwić lo więc moŜe realizację
prezentacji graficzno-dźwięko-wych, gdzie kluczową rolę spełnia synchronizacja dźwięku z wyświetlanym obrazem.
Przesunięcie Opis

O Bajt BLKTYPE o warto

ci 4.

l Pole BLKLEN o długo

ci trzech bajtów i stałej warto

ci 2.

4 Dwubajtowy marker o wartości zawierającej się w przedziale (l.FFFEh).
Typ 5 - ASCII text (tekst ASCII)
W zasadzie funkcja tego podbloku ograniczona jest do przechowywania ciągu znaków ASCII. Zastosowanie tego
typu jest raczej ograniczone (w zasadzie wyłącznie komentarze dodawane do zdigitalizowanych dźwięków).
Przesunięcie Opis

O Jednobajtowe pole BLKTYPE przechowujące wartość 5.

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

l Pole BLKTYPE o długo

ci 3 bajty i warto

ci równej długo

ci ci

gu znaków ASCII

powi

kszonej o l.

4 Początek ciągu ASCII zakończonego bajtem o wartości równej 0.

Typ 6 - Repeat Loop (początek pętli repetycji)

JeŜeli zdarzy się, Ŝe jakiś dźwięk chcemy odtwarzać cyklicznie większą ilość razy, to idealnym
rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie podbloku tego typu. Pozwala on na wielokrotne odtwarzanie
próbki dźwiękowej umieszczonej w podblokach umieszczonych po nim. Przy załoŜeniu, Ŝe plik zawierać
ma odgłos (np. strzału - do wykorzystania w grze zręcznościowej) powtarzany cyklicznie n razy i
zapisany w podbloku typu Voice Data, struktura tego pliku wyglądać moŜe jak na rysunku 2.

Nagłówek pliku

BInkAmych

——^ Repeat Loop Vaice Dola

——— End Repeat Loop Terminator

Rys. 2 Struktura pliku VOC z pętlą Repeat Loop Struktura podbloku Repeat Loop:

Przesunięcie Opis

Typ bloku (BLKTYPE=6). Pole BLKLEN o wartości 2.
Dwa bajty przechowujące licznik repetycji (COUNT). Słowo przechowywane w tym polu
determinuje liczbę powtórzeń. Po napotkaniu podbloku End Repeat Loop sterownik CT-
YOICE powtórzy odtwarzanie następujących po Repeat Loop COUNT razy. Łączna suma
odtworzeń jest więc równa COUNT+1. Warto wiedzieć, Ŝe jeśli zadana liczba powtórzeń
równa będzie FFFFh, pętla realizowana będzie bez końca (tzn. aŜ do momentu uŜycia
funkcji zakończenia operacji - nr 8).

POZDZIAŁ 2

Typ 7 - End Repeat Loop
Podblok tego typu nale

y umie

zaraz po ci

gu podbloków, które chcemy obj

ąć

działaniem p

tli

zainicjowanej przez pod-blok typu Repeal Luop.

Przesunięcie Opis

Pole BLKTYPE o warto

ci 7. Pole BLKLEN o warto

ci 0.

2.2 STEROWNIK CT-VOICE

Sterownik CT-VOICE (Crealive memory modę Voice driver) jest dołączany, wraz z resztą oprogramowania, do
kart dźwiękowych serii Sound Blasier. Jego kod znajduje się w pliku CT-VOICE.DRV. Udostępnia on
programiście podstawowe funkcje związane z obsługą plików formatu VOC. Jego dostępność jest warunkiem
koniecznym do uruchomienia części oprogramowania. Przykładem moŜe tu być edytor plików dźwiękowych
VEDIT korzystający podczas zapisu i odtwarzania dźwięku z jego funkcji. Jego umiejscowienie na dysku moŜemy
zmienić, naleŜy Jednak odpowiednio zmodyfikować wartość zmiennej środowiskowej SOUND.

SPOSÓB KORZYSTANIA ZE STEROWNIKA

W pliku CT-VOICE.DRV znajduje się kod sterownika CT-VOICE. Ogólnie rzecz biorąc, do jego funkcji
odwołujemy się umieszczając przekazywane mu parametry w odpowiednich rejestrach i wywołując go
assemblerową instrukcją CALL (daleką). Wpierw musimy naturalnie załadować go do pamięci. Mechanizm
odwoływania się do jego funkcji przedstawia schematycznie rysunek 3.

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Kod naszego programu —— CALL FAR

Kod sterówka CT Voice

JMP

g ASCII opisuj

cy' sterownik

Re|es'ry na stos <— Wykonanie 'unkc|i t-.piestryze s'osu RETF

Rys. 3 Mechanizm odwoływania się do funkcji CT-YOICE Kolejność, w jakiej musimy wykonywać procedury
przygotowujące sterownik do działania, przedstawić moŜna następująco:

1. Odszukanie pliku CT-VOICE.DRV. JeŜeli nie ma go w aktualnym dla naszego programu katalogu, naleŜy

skorzystać ze zmiennej środowiskowej SOUND, w której (pod warunkiem, Ŝe uŜytkownik komputera
umieścił odpowiednią komendę w AUTOE-XEC.BAT) przechowywana jest ścieŜka do katalogu, w którym
znajdują się sterowniki do karty Sound Blasier.

2. Sprawdzenie rozmiaru pliku CT-VOICE.DRV- Testowanie wielkości pliku jest tutaj konieczne, gdyŜ

rozmiary CT-VOICE.DRV dla róŜnych wersji sterownika mogą się dość znacznie róŜnić.

3. Rezerwacja odpowiedniego obszaru pamięci operacyjnej.
4. Wczytanie zawartości pliku CT-VOICE.DRV do zarezerwowanego obszaru. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe

przesunięcie początku kodu sterownika względem początku zajmowanego przez niego segmentu musi być
równe 0.

5. Sprawdzenie, czy wczytany plik zawiera kod sterownika. Najprościej wykonać to wykorzystując fakt, Ŝe w

oryginalnym pliku CT-VOICE.DRV od pozycji 3 rozpoczyna się ciąg znaków; „CT-VO-ICE". Czynność
sprawdzenia poprawności przeprowadzić moŜna oczywiście przed wczytaniem do pamięci całego pliku.
Przykładowa procedura ładowania sterownika CT-V01CE zaimple-mentowana w języku Turbo Pascal
wyglądać moŜe następująco:

Const

Sterownik w_pamieci:booiean=false:

{ czy juŜ zatad3waliśmy sterownik do pamięci} var

ROZDZIAŁ 2

sterownik:pointer;

{ wskaźnik początku kodu sterownika ustawiany przez } {funkcję Przygot:UJ_sterownik}

Function Przygc)tuj_sterowmk:boolean;

Var

s:flle;

specyfikacja:string;

rozmianseg s,ofs^s:word;

Co_jest_sterownik:boo!ean;

Function lstnieje[Plłk:stringi:boolean;

Var

f:file;

Begin

assigntf.Plik],

{Sl-}

reset[fl;

closetO;

{$!+} tstnieje:=[10result=03 End;

Begin

if Scerowntk_w_pamieci then exit:;

{ gdy wcześniej załadowany} specyfikacja:='CT-VOICE.DRV;

if not fscniejeCspecyfikacja) then

specyfikacja: =getE^vt

SaUNa'3+

\DRV\CT-VOICE.DRV';

{ gdy nie odnaleziony w bieŜącym katalogu } if not IstniejeCspecyfikacja) then

begin

Przygotui_sterownik:=fa!se;

exit {nie udatosię}

end;

assignts,specyfikacja);

reset[s,1); { otwieramy znaleziony plik } rozmiar:=fileSize[s); {pobieramy rozmiar} getmemCsterownik, rozmiar); {

rezerwujemy pamięć } b!ockreadEs,sterownik^,filesize[s]]; {odczyt} cioseEs); {zamykamy plik} seg_s:=seg[ste^ow^ik

];

{segment} ofs_s; ^fstsCerownik^ ], { przesunięcie } toJest_sterownik:=[MemW[seg_s:ofs_s-3]=$5443);

{tutaj sprawdziliśmy, czy wczytany plik zawiera kod }

{sterownika CT-YOICE} if not toJest_sterownik then begin

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Przygotu)_scerownik;=false;

freemem[sterownik,rozmiar]:

exic end:

Przygotu]^sterownik:=tnJe { Wszystko jest w porządku }

End;

Do wczytanego z pomocą tej funkcji sterownika odwołać się moŜna (przy załoŜeniu, Ŝe na jego kod wskazuje
zmienna Sterownik) np. tak:

as m

Tutaj nadajemy wybranym rejestrom odpowiednie wartości catl sterownik

Odczytujemy z rejestrów zwrócone przez funkcję wyniki end;

Naturalnie, aby nasz program uczynić bardziej uniwersalnym, moŜemy dołączyć do jego kodu zawartość pliku
CT-VOICE.DRV na etapie konsolidacji. Wtedy zbędna staje się naturalnie jego obecność na dysku
uŜytkownika. Programujący w języku Turbo Pascal postąpić moŜe wg następującego schematu:

1. Przygotować plik CT-VOICE.DRV uŜywając dołączonego do kompilatora programu

BINOBJ.EXE;

B1NOBJ CT-VOICE.DRV CT-YOlCE.OBJ Yoice

2. Przygotować bibliotekę zawierającą procedurę związaną z kodem sterownika:

Unit VOCDrv; { nazwa przykładowej biblioteki} Interface

procedurę voice;

Implementatian

{$LcI:-voice.obj}

procedurę valce;

exCernal End.

3. Na początku naszego programu, w linii, w której wyszczególniamy uŜywane biblioteki, po instrukcji

USES dopisać nazwę VOC-Drv (tak nazwaliśmy stworzoną w punkcie 2 bibliotekę).

ROZDZIAŁ 2

Do włączonego w ten sposób kodu sterownika odwołujemy się korzystając z moŜliwości umieszczania w programie
wstawek assem-blerowych:

asm

Wypełniamy parametran odpowiednie rejestry cali far ptrvoice Odczyt wyników z rejestrów end:

Jakkolwiek byśmy kodu sterownika nie umieścili w pamięci operacyjnej, jest jeszcze jedna rzecz, o której pamiętać
musimy. UŜywanie funkcji CT-VOICE wymaga uprzedniej rezerwacji jednego, szes-nastobitowego słowa w
pamięci na zmienną uŜywaną przez sterownik. Zmienna ta to Ct-Voice Status. Przechowuje ona wartość dodatnią
całkowitą (w Turbo Pascalu typ Word). imiennej tej sterownik moŜe więc nadawać wartości z przedziału O - FFFFh.
Modyfikacji jej wartości dokonuje w następujących przypadkach:

1. Podczas inicjalizacji. Po wykonaniu funkcji 3 sterownik nadaje zmiennej statusowej wartość 0.
2. Rozpoczynając odtwarzanie/zapis danych dźwiękowych (wartość FFFFh).
3. W momencie zakończenia operacji odtwarzania/zapisu danych dźwiękowych (nadawana wartość: 0).
4. Gdy podczas odtwarzania bloku danych pliku dźwiękowego sterownik natrafi na podblok typu Marker, wpisuje

do zmiennej statusowej przechowywaną w nim wartość. Jak wspomniałem przy opisie struktury pliku formatu
VOC, uŜywając podbloków typu Marker, moŜemy podzielić plik dźwiękowy na kilka części i informacje
odczytywane z Ct-Voice Status podczas odtwarzania wykorzystać do synchronizacji dźwięku z działaniami
programu.

OMÓWIENIE FUNKCJI STEROWNIKA

W tej części ksiąŜki omówię udostępniane przez sterownik CT-VO-ICE funkcje. Generalnie rzecz biorąc, kaŜdą z
nich wywołuje się jednakowo - przez wywołanie dalekim CALL kodu sterownika. Numer funkcji oraz parametry dla
niej umieszczamy w rejestrach mikroprocesora (w BX numer, w pozostałych parametry). JeŜeli funkcja ma

OBSŁUGA PUKOW VOC

zwracać jakieś wartości, to na ogół odczytujemy je z rejestru AX (w przypadku danej 4-bajtowej z pary
DX:AX). Istotny jest fakt, Ŝe wartości pozostałych rejestrów (takŜe flagowego) są zachowywane.
Funkcja B: Pobierz wersję sterownika

Wejście: BX=0 Wyjście: AH - główny numer wersji

AL - mniej znacząca część nuinem wersji

Opis: Funkcja zwraca numer wersji sterownika. Sprawdzenie wersji jest wskazane, jeŜeli nasz program

wczytuje sterownik z dysku uŜytkownika.

Funkcja 1: Ustawienie adresu bazowego

Wejście:  BX=1
AX- adres bazowy Wyjście:   brak
Opis:     Ta funkcja pozwala na ustawienie portu we/wy uŜywanego przez sterownik do komunikacji z kartą.

JeŜeli nasz program korzysta z tej funkcji, to powinien wywołać ją jako pierwszą. Dostępne
wartości adresu bazowego to:
210h, 220h, 230h, 240h, 250h i 260h (dla kart Sound Bla-ster 2.0 dopuszczalne wartości to 220h
i 240h). Warto, by program umoŜliwiał uŜytkownikowi wybór adresu. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe
wartością domyślną (ustawioną za pomocą zworek na karcie przez producenta) jest 220h. Taki
leŜ adres będzie uŜywany przez sterownik w wypadku, jeŜeli nasz program nie odwoła się do lej
funkcji.

Funkcja 2: Ustawienie numeru przerwania dla DMĄ

Wejście: BX=2

AX= numer przerwania

Wyj

cie: brak

Opis: UŜywając tej funkcji program moŜe ustawić numer iinii IRQ uŜywanej przez kartę Sound Blaster do

sygnalizacji końca transmisji danych. Funkcja ta powinna być (jeśli wystąpiła potrzeba jej
uŜycia) wywołana zaraz po funk-

ROZDZIAŁ 2

cji numer l (ustawienie adresu bazowego). Wartości, jakie przekazać moŜemy jako parametr, to 2, 3, 5 i
7. Domyślny numer przerwania IRQ to 7.

Funkcja 3: Inicjalizacja sterownika

Wejście: BX=3
Wyjście: AX = O, gdy wszystko przebiegło pomyślnie,

1 - błąd karty Sound Blaster
2 - błąd operacji zapisu/odczytu (źle ustawiony adres bazowy)
3 - błąd przerwania

Opis: Program powinien wywoływać lę funkcję przed skorzystaniem z pozostałych (oczywiście pomijając funkcje

zmiany adresu bazowego i numeru przerwania IRQ). Zwrócona w rejestrze AX wartość wskazuje, czy
procedura inicjalizacji przebiegła bezbłędnie. W przypadku wykrycia błędu działanie naszego
programu powinno być przerwane. Bardzo istotnym jest fakt, Ŝe po inicjalizacji sterownika układ DAĆ
zostaje włączony (konwersja danych cyfrowych do postaci analogowej). W zasadzie wyłącznie funkcje
0-2 mogą być wywoływane przed wykonaniem procedury inicjalizacji. Z funkcji inicjalizacji
korzystamy jednorazowo.

Funkcja 4: Włącz/Wytocz DAĆ

Wejście:  BX=4
AL=0, aby wyłączyć AL = l, aby włączyć DAĆ Wyjście:   brak
Opis:     Korzystając z funkcji moŜna włączać i wyłączać układ DAĆ odpowiedzialny za konwersję danych

cyfrowych do postaci analogowej. Pozostawienie DAĆ w stanie włączonym na czas zapisu dźwięku do
pamięci powoduje, Ŝe jednocześnie z zapisem dane kierowane są takŜe na wyjście, co powodować
moŜe powstawanie dodatkowych szumów podczas samplingu. Dlatego przed rozpo-

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

częciem zapisu dźwięku (funkcja 7) naleŜy wyłączyć DAĆ. Piszę o wyłączaniu układu DAĆ,
mimo Ŝe w rzeczywistości chodzi właściwie o odłączenie wzmacniacza na jego wyjściu. Z
punktu widzenia programisty nie ma to jednak Ŝadnego znaczenia.

Funkcja 5: Ustaw adres zmiennej statusowej

Wejście: BX=5

ES:DI == adres słowa w pamięci operacyjnej przeznaczonego na zmienną Ct-Voice Status

Wyjście: brak

Opis: Sterownik CT-VOICE modyfikuje podczas działania poszczególnych funkcji szesnasiobitowe słowo,

którego adres moŜe wskazać korzystający ze sterownika program. Omówienie funkcji zmiennej z

nim związanej znalazło się w rozdziale „Sposób korzystania ze sterownika".

Funkcja 6: Rozpocznij odtwarzanie dźwięku

Wejście: BX=6
ES:DI = adres bufora Wyjście: brak

Opis: Funkcja rozpoczyna odtwarzanie dźwięku z wykorzystaniem układu DMĄ. Zaraz po jej wywołaniu

sterownik wpisuje do zmiennej statusowej wartość FFFFh. Po rozpoczęciu odtwarzania
sterownik oddaje sterowanie programowi wywołującemu, zaraz po czym nasz program zająć się
moŜe realizacją innych zadań (w grach i programach prezentacyjnych np. animacją). Dane
przeznaczone do odtworzenia z pomocą tej funkcji muszą być zapisane w formacie przyjętym
przez Creative Labs Inc. (opis w rozdziale „Struktura pliku VOC"). Uwaga: para rejestrów
ES:DI wskazywać musi nie na początek pliku umieszczonego w pamięci, ale na początek Bloku
Danych tego pliku. Przypominam tu, Ŝe początek błoku danych znaleźć moŜemy odczytując
słowo o przesunięciu 20 względem początku nagłówka. Badając wartość

ROZDZIAŁ 2

zmiennej o adresie ustawionym funkcja 5 sprawdzać moŜemy, czy plik dźwiękowy jest odtwarzany, czy
teŜ procedura odtwarzania została juŜ zakończona (wówczas wartość zmiennej statusowej jest równa 0).
NaleŜy pamiętać, Ŝe jednocześnie odtwarzać moŜna wyłącznie jeden plik i w momencie, gdy chcemy
rozpocząć odgrywanie następnego, musimy uŜyć funkcji 8 (zatrzymanie operacji).

Funkcja 7: Rozpocznij zapis dźwięku

Wejście: BX-7

AX = częstotliwość próbkowania DX:CX = rozmiar bufora
ES:Dl = adres bufora przeznaczonego na składowanie odczytanych z przetwornika analogowo-
cyfrowego danych

Wyjście: brak
Opis: Funkcja pozwala na zapis danych z przetwornika A/C do rozpoczynającego się od komórki wskazywanej

przez parę ES:Dl bufora o rozmiarze zadanym wartościami rejestrów DX:CX. Sterownik CT-YOICE
uŜywa układu DMĄ, a co za tym idzie, zapis dźwięku odbywa się (podobnie jak odtwarzanie) „w tle".
Zmienna statusowa zapisywana jest po rozpoczęciu próbkowania wartością FFFFh i, po jego
zakończeniu, wartością 0. Jednym z parametrów, jakich oczekuje funkcja, jest częstotliwość
próbkowania podawana w rejestrze AX. Zakres, w jakim mieścić się ona mieścić, jest ściśle związany z
typem karty. I tak dla Sound Blaster'a w wersjach l.x maksymalna wartość wynosi 12000, a dla karty
Sound Blaster w wersji 2.0 największa moŜliwa częstotliwość wynosi 15000. W obu przypadkach
minimalna wartość to 4000.

Funkcja 8: Zakończenie operacji We/Wy

Wejście:
Wyjście:

BX=8 brak

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Opis: Funkcja przerywa odtwarzanie (zapis) dźwięku i nadaje zmiennej statusowej wartość 0.

Funkcja 9: Zakończenie pracy ze sterownikiem Wejście:BX==9 Wyjście: brak

Opis: Funkcja deinicjalizuje kartę dźwiękową i wyłącza układ DAĆ, Program powinien wywoływać ją

kończąc działanie.

Funkcja 10: Zawieś odtwarzanie dźwięku

Wejście: BX=10

Wyjście: AX = O, gdy operacja przebiegła prawidłowo AX = l, gdy Ŝaden plik nie był odtwarzany

Opis: Funkcja pozwala na zawieszenie odtwarzania dźwięku (pauza). Wartość zmiennej statusowej

zachowuje swoją wartość. Jeśli wywołamy tę funkcję w przypadku, gdy procedura odtwarzania
nie była aktywna, zwróconą w AX wartością będzie l.

Funkcja 11: Wznów odtwarzanie dźwięku

Wejście: BX=11 Wyjście: AX = O, gdy wszystko w porządku

AX = l, gdy odtwarzanie nie zostało zawieszone

Opis: Funkcja słuŜy do wznowienia zawieszonego przy uŜyciu funkcji 10 odtwarzania dźwięku.

Funkcja 12: Przerwij pętlę

Wejście: BX==12

AX-= l, aby zakończyć natychmiastowo AX== O, gdy chcemy, aby sterownik odworzył
powtarzany pętlą blok do końca

Wyjście: AX=0, gdy operacja przebiegła pomyślnie AX= l oznacza, Ŝe pętla nie była aktywna

ROZDZIAŁ 2

Opis: Format VOC pozwala na zdefiniowanie p

tli odtwarzania. Podbloki umieszczone mi

dzy podblokiem typu 6

a podblokiem typu 7 b

odtwarzane cyklicznie zadan

liczb

razy. Je

eli wykonywanie p

tli

chcieliby

my z jakich

powodów przerwa

, u

yteczna okazuje si

wła

nie funkcja 12. Zako

czenie

tli mo

e przebiega

na dwa sposoby: pierwszy (AX=1) polega na tym,

e sterownik natychmiast

„przeskakuje" do podbloku nast

puj

cego po p

tli, drugi (AX=0) polega na tym,

e sterownik ko

czy

odtwarzanie podbloków obj

tych działaniem p

tli i (nie zwa

c na warto

ść

licznika repelycji)

rozpoczyna odtwarzanie nast

pnych danych.

Funkcja 13: Ustawienie pułapki uŜytkownika

Wejście: BX=13

DX:AX== adres procedury uŜytkownika Wyjście: brak

Opis: Sterownik CT-VOICE umoŜliwia wskazanie procedury, która wywoływana będzie kaŜdorazowo, gdy

rozpoczynane będzie odtwarzanie nowego podbloku. Sterownik przekazuje naszej procedurze adres
nowego podbloku w parze rejestrów ES:BX. Przy jej tworzeniu zadbać musimy o spełnienie kilku
warunków:

• kończyć się powinna instrukcją assemblera RET (daleką);
• zachowywać wartości wszystkich rejestrów (takŜe rejestru flagowego, ale z pominięciem wskaźnika

przeniesienia);

• wskaźnik przeniesienia rejestru flagowego procedura powinna zerować, gdy chcemy, by nowy

podblok był odtworzony (gdy nie chcemy - powinna go ustawić);

• powinna zerować wskaźnik przeniesienia, gdy nowy podblok jest podblokiem kończącym

(Terminator).

JeŜeli chcemy zabronić wywoływania naszej procedury, wystarczy wywołać funkcję 13 zerując
uprzednio rejestry AX i DX (wskazać adres 0:0).

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

ZASADY KORZYSTANIA Z FUNKCJI

Zanim zaczniemy wykorzystywa

podane funkcje sterownika CT-V01CE. musimy pozna

kilka

elementarnych zasad, jakich powinni

my si

trzyma

przy wykorzystaniu go. Najpro

ciej b

dzie, gdy

zaprezentuj

schematy, wg których post

powa

nale

y chc

c rozpocz

ąć

lub zako

czy

prac

sterownikiem, odtworzy

próbk

kow

lub zapisa

Rozpoczynanie pracy:

1. Rezerwacja pami

ci i wczytanie do niej sterownika.

2. Je

li jest to konieczne, modyfikacja adresu bazowego z wykorzystaniem funkcji l.

3. Zmiana numeru przerwania IRQ przy pomocy funkcji 2.

4. Inicjalizacja sterownika - wywołanie funkcji 3.

5. Ustawienie adresu zmiennej statusowej. Oczywi

cie wykonanie czynno

ci 2 i 3 jest opcjonalne -

eli nie zostan

wykonane, przyj

te zostan

domy

lne warto

ci numeru przerwania oraz adresu

bazowego.

Zako

czenie pracy:

1. Wywołanie funkcji 9 - deinicjalizacja sterownika.

2. Zwolnienie pami

ci operacyjnej przydzielonej sterownikowi.

Odtwarzanie d

ku:

1. Rezerwacja odpowiedniego obszaru pami

ci operacyjnej i wczytanie do niego zawarto

ci pliku

kowego VOC.

2. Odczytanie szesnastobitowego słowa o przesuni

ciu 20 wzgl

dem pocz

tku pliku. Jego warto

ść

okre

la długo

ść

nagłówka.

3. Wł

czenie układu DA

(funkcja 4). Je

eli odtwarzamy d

k zaraz po inicjalizacji sterownika,

czynno

ść

na pomin

ąć

4. Wywołanie funkcji 6 (odtworzenie d

ku) z podaniem w parze rejestrów ES:DI wyznaczonego

adresu pocz

tku bloku danych.

5. Czeka

na moment w którym zmiennej statusowej nadana zostanie warto

ść

O (koniec). Podczas

oczekiwania na zako

czenie odtwarzania nasz program mo

e wykonywa

inne czynno

ci.

ywaj

c funkcji 10 i 11 mo

emy zatrzymywa

i wznawia

wykonywanie procedury

odtwarzaj

cej a wywołuj

c funkcj

8 - zako

czy

jej działanie. Odczytuj

c warto

ść

zmiennej

statuso-

ROZDZIAŁ 2

wej mo

emy, pod warunkiem uprzedniego wzbogacenia naszego pliku o podbloki typu Marker, sprawdzi

który fragment próbki d

kowej jest aktualnie odtwarzany.

Zapis dźwięku:

2.
3.
4.

Rezerwacja pamięci przeznaczonej na bufor danych. Wyłączenie układu DAĆ (funkcja 4). Wywołanie funkcji zapisu
danych (nr 7). Oczekiwanie na zakończenie zapisu. Proces moŜemy przerwać z pomocą funkcji 3. Osiągnięcie końca
bufora lub koniec zapisu spowodowany wykonaniem funkcji 8 sterownik sygnalizuje nadaniem zmiennej statusowej
wartości 0. Jako ostatnią czynność uwaŜać moŜna zapis spróbkowanego dźwięku do pliku. NaleŜy tu pamiętać, Ŝe
utworzony przez sterownik blok danych poprzedzić naleŜy spreparowanym odpowiednio nagłówkiem.

BIBLIOTEKA VOC.TPU

W rozdziale tym prezentuję wersję źródłową przykładowej biblioteki gotowej do skompilowania przy uŜyciu
kompilatora Turbo Pascal w wersji 6.0 lub nowszej- Posiadacze starszych wersji mogą w prosty sposób
zmodyfikować tekst biblioteki (przez zamianę wstawek assemblerowych typu ASM na INLINE). Przy tworzeniu
procedur główny nacisk postawiłem na czytelność i zrozumiałość. PoniewaŜ pełen tekst biblioteki znajdzie Czytelnik
na dołączonej do ksiąŜki dyskietce w pliku VOC.PAS, listing zamieszczony w ksiąŜce pozwoliłem sobie przerywać
komentarzami. unit;\/OC:

interface

typeVRodzajBledu=tVOk,

YBrakSterowniks,

YZaMaloPamieci,

YZłyNaglowekSterownika,

YBIadInicjelizacji,

YUszkodzonaKarta,

YBIadWeWy,

VZIyNumepPrzerwaniaD!aDMA,

YBIadZwolnienia,

YBrakPIiku,

VToNieVOC,

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Typ VRodzajBledu jest typem wyliczeniowym i okre

la wi

kszo

ść

bł

dów, jakie mog

pojawi

podczas

realizacji zaimplemetowanych w bibliotece procedur. Poni

ej zadeklarowana została zmienna VOC_Blad typu

VRodzajBledu, której zadaniem b

dzie przechowanie nadanej w trakcie realizacji procedur (funkcji) warto

ci.

Naturalnie taki sposób opisania bł

dów (typem wyliczeniowym) mo

e si

komu

wydawa

nienaturalny, ale

moim zdaniem, przyczyni si

on znacznie do zwi

kszenia przejrzysto

ci prezentowanego tekstu.

var

VOC_Blad:VRod2ajBledu;

\/OCSCatus:word;

\/SterownikZainstalowany;Boo[ean;

VDIugoscNag!owka:byte;

Oprócz zmiennej VOC_BLAD wśród globalnych zmiennych udostępnianych przez bibliotekę znalazły się:
VOCStatus (zmienna statusowa, której lokalizację w RAM wskaŜemy sterownikowi), VSterownik-
Zainstalowany typu Boolean (informacja o tym, czy CT-VOICE został juŜ wczytany do pamięci operacyjnej)
oraz VDlugoscNaglowka (jak sama nazwa wskazuje, przechowamy tam wielkość potrzebną przy wyliczaniu
pozycji bloku danych pliku VOC).

procedure VlnicjujSterownik[Port,lrq:word3;

function VWersjaSterownika:word;

procedurę YWylaczDAC:

procedurę YWIaczDAC;

procedurę VOdczyta|PlikVOC(var bufor:pointer;spec:string);

procedurę VZarezerwujPamiec(var gdzie:painter;ile:longint);

procedurę VZwolnijPamiectgdzie:pomter);

function VOpisBledu:string;

procedurę YDeinstatuJSterownik;

procedurę VOdtworzVOC[buror;pointer);

procedurę VOdtwor'zJeszczeRaz(bufor;poinCer];

procedurę VZakonczOperacjeVOC;

procedurę VPauzaVOC;

procedurę VKanCynuuiOdtwarzanieVOC;

procedurę VPrzerwijPet!eVOC[iak:word);

procedurę VZapiszBlokEczesc:word;dlug;word;p'poincer);

procedurę VOdtworzBloktwsk:pointer];

ROZDZIAŁ 2

W cz

ęś

ci implementacyjnej zadeklarowałem u

ycie dwóch zmiennych globalnych: VSTEROWNIK (przechowa

wskazanie na obszar zajmowany przez kod CT-VOICE) oraz VDawnaProceduraWyjscia (wykorzystywana do
przechowania zastanej warto

ci ExitProc). Zmienna VSTEROWNIK jest u

ywana przez wszystkie (za wyj

tkiem

VOpisBledu) wymienione w cz

ęś

ci interface procedury i funkcje. Nale

y zwróci

uwag

e przed wykonaniem

procedury VInicjujSte-rownik ma warto

ść

nieokre

lon

, a co za tym idzie, niedopuszczalne wtedy jest wykonanie

jakiejkolwiek innej funkcji (procedury). irnplemenCaton

uses dos.crt;

var

Vsterawnik:pointer;

VDawnaProceduraWyj'scia:pointer;

function lsCnieJe[Plik:string):boolean:

var

f:file;

begin

assign[f,P!ik);

{$!-} resetCfl;

closetf];

{$!+} lstnieje:=(!OresulC=03 end;

procedurę VZarezerwujPamiec(var gdzie:pointer;i!e:longint);

var

rregisters:

ilasc:word;

begrn

ilosc:=[ile+15) shr4; {ile paragrafów} rah:=$48; {numer ustugi DOS-u } rbx;=ilosc;

MsDosCr);

if Crbx<>ilosc) Chen VOC_blad:=VZaMaloPamieci e!se begin

VOC_blad:=VOk;

gdzie:=pt;rtr.ax,G) end

end:

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Procedura YZarezerwujPamiec wywoływana jest z pozostałych w celu allokacji zadanego obszaru pami

operacyjnej. Jej parametry to zmienna typu Pointer, pod jak

postawione zostanie wskazanie 'na

zarezerwowany fragment RAM, oraz zmienna typu Longint specyti-kuj

ca rozmiar potrzebnego obszaru.

Procedura allokuje wielokrotno

ść

16 bajtów. W przypadku wyst

pienia bł

du zmiennej VOC_BLAD nadaje

warto

ść

VZaMaloPamieci. Zdefiniowana poni

ej procedura VZwolnij Pami

ęć

zwalnia wskazywany przez

parametr obszar.

prxedureVZwolni)P3miecCgdzie:point,er);

var

p:registers;

besm

nah:=$49;

nes;=segtgdzie^3:

msdostr);

if (rax=7)or[nax=93 Chen VOC_blad:=VBIadZwolnienia end;

procedur

VlnicjufSterownik(Port,lrq:word];

var

s:file;

specyfikacja:strlng;

seg_SiOfs_s:word, status_seg,status_ofs:word;

toJest_sterownik:bDolean;

wynik:word;

begin

if YSterownikZainstalowany then exit;

specyfikacja: ='0^0^. DRV

;

if not IstniejeCspecyfikscja) then

specyfikacja: =getEnv('SOUND•)+

\DRV\CT-VOICE.DRV':

if not IsCnieJsCspecyfikscja] then

begin

VQC_Blad:=VBrakSterownika:

exit

end:

assignis,specyfikacja), reset(s,1);

VZarezer'wuJPamiec[Vsterownik,fileSi2e(sl);

ifVOC_blad<>VOkthenexit;

blockreadts.Ysterownik^.filesizets]);

closets);

seg_s:=seg[Vste^

ownik

');

ofs_s:=ofs(Vsterownik^];

tOJest;_sCerownik:=[MemW[seg_s:ofs_s+3]=$5443];

ROZDZIAŁ 2

not tOJest_sterown ik Chen begir VCC^b[ad;=VZ!yNaglawekSt;erownika;

exit end, if porcoO then asm

mov bx,1 mov ax,port callVst;erowmk end;

if irq<>0 then asm

movbx,2 mov ax,irq całłYstercwnik end, StaCus_seg:=segtVOCstaCus);

Stat:us_ofs:=ofs[VOCsC3tus];

asm

mav bx,3 cali Ysterownik mov wynik,ax mov bx,5

mov es,status_seg movdi,staCusJ)fs cali Ysterownik end;

case wynik of

0:VOC_blad:=VOk;

1: VOC_btad:=VL)szkodzonakarta;

2: VOC_blad:=VBladWeWy;

3: VOC_blad:=VZIyNumerPrzerwaniaDlaDMA

end;

Procedura VInicjujSterownik spełnia kluczową rolę w bibliotece. Jej działania polega na wczytaniu kodu sterownika
i jego inicjalizacji. Dodatkowo, podając parametry róŜne od O moŜemy spowodować zmianę adresu bazowego i
numeru uŜywanego podczas transmisji przerwania. Końcowy fragment procedury odpowiedzialny jest za wskazanie
sterownikowi lokalizacji słowa przeznaczonego na zmienną statusową. Zdefiniowana poniŜej funkcja
YWersjaSterownika zwraca wartość typu WORD, której bardziej starszy bajt odpowiada bardziej znaczącej części
numeru wersji, a młodszy - mniej znaczą-

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

ej. Procedury VWyIaczDAC i YWIaczDAC odpowiadaj

za wł

czanie i wył

czanie układu konwersji DA

function YWersjaSte równika,vwrd;

var

begin

asm

mov bx,0

cali Ysterownik

niovw,ax

end;

VWer'SjaSterownjka:=w

end;

procedur

YWylaczDAC;

assembler;

asm

mDV bx,4 mov al,0 cal!Vscerownik

end;

procedurę VWIaczDAC;

assembler;

asm

movbx,4

mov al,1

całłYsterownik end;

ej znalazła si

definicja procedury VOdczytajPlikVOC. Oczekuje ona podania zmiennej wska

nikowej,

której zostanie nadana warto

ść

odpowiadaj

ca wskazaniu zajmowanego przez plik obszaru oraz podania

specyfikacji pliku d

kowego, który chcemy wczyta

. Sprawdzenie, czy mamy do czynienia z plikiem

formatu VOC polega tu na przyrównaniu słowa zło

onego z dwóch pierwszych bajtów pliku do 7243h

(znaki „C" i „r" z napisu „Creative Voice File"). procedur

VOdczycajPlikVOCCvarbufarpointer;spec;st ring];

var

plik_VQC:file;

rozmiar_pliku:longlnt;

Blokow:wor'd;

wynik:word;

miejsce.pointer;

bogi

ifnoC IsCmejeEspec] then

ROZDZIAŁ 2

beoHi VOC_Blad-=VBrakPliku:

exit end;

assign(plik_VOC.spec]:

re5et;(p!ik_VOC,1);

rozmiar_pliku:=fileSize(plik_VOC);

VZarezerwuiPamiecEbufor,rozmiarJ3liku3;

if VOC_blad< >VOk chen exit:

Bloków: =0:

repeat

miejsce: =Pt^[seg(bufo^

)+Blokow

4096,ofs(bufo^'

]];

blockread[plik_VOC,miejsce" $FFFF,wynik);

lnc(B!okow3 untilwynik=0;

close(plik_VOC]:

if MemW[seg(bufo^•

]:ofs(bufo^-

)]<>$7^43

then VOC_blad:=VToNieVOC;

yDlugoscNagiawki^MemCsegtbufor^hofstbufor^l+^a]

end;

No i najwaŜniejsze - odtworzenie wczytanego pliku - procedura VOdtworzVOC. Warto zwrócić uwagę, Ŝe
przesunięcie w adresie segmentowym przekazywanym sterownikowi powiększane jest o rozmiar nagłówka
wczytanego pliku.

procedur

VOdtwor2VOC(bufor:poini;er);

var

buf_s,buf_o:word;

begin

bu^s^segróufor^ł;

bufJ^ofsCbufor^+YDIugascNaglowka;

YWIaczDAC;

as m

movbx,6 moves,buf_s movdi,buf_o całłYsterownik

end

end;

W bibliotece zdefiniowałem takŜe drugą procedurę odtwarzającą wskazywaną zadaną zmienną próbkę
(VOdtworzJeszczeRaz). Jedyna róŜnica między nią a procedurą VOdtworzVOC polega na pominięciu w
VOdtworzJeszczeRaz włączania układu DAĆ.

procedurę VOdt;worzJeszczeRaz[bufor:pointer);

var

but s,but o:word;

OBSŁUGA PUKÓW VOC

buf_s;=seg[bufor^);

buf o^ofstbufor^l+YDlugoscNaglowkE aem

movbx,6

moves,buf_s

movdi,buf_o

cali Ysterownik end

end;

Procedura YZakonczOperacje moŜe być uŜywana zawsze, gdy chcemy zakończyć odtwarzanie lub zapis
dźwięku. Procedury VPauza-VOC i VKontynuujOdtwarzanieVOC słuŜą do chwilowego zawieszania i
wznawiania odtwarzania.

procedur

VZakonczOperacjeVOC;

assembier;

as m

mov bx,8 ca!!Vsterownik

end;

procedur

VPauzaVOC:

var

odp;word;

begin as m

mov bx, 10 cali VsCerownik movodp,ax end;

ifodp=1 then voc^b[ad:=VSBNieOdCwarzal end;

procedur

VKontynuujOdtwarzanieVOC;

var

odp:wor'd:

begin as m

mov bx, 11 cali Ysterownik movodp,ax end;

if odp=1 chen VOC_blad:=VSBNieOdCwarzal end;

procedur

VPrzerwiJPetteVOCCiak:word);

ROZDZIAŁ 2

begin

end;

odp:word;

i [fnot[jakin[0,1I]theniak:=1;

asm

mav bx,12

movax,jak

cali Ysterowmk

movodp,ax end:

ifodp=1 thenVOC_blad:=VNieByloPetli

W bibliotece znalazła si

tak

e procedura zapisu d

ku do pami

ci operacyjnej. Jako parametrów oczekuje ona

dwóch wielko

ci typu WORD okre

laj

cych cz

stotliwo

ść

próbkowania d

ku oraz rozmiar bufora oraz wskazania

na bufor przeznaczony na zapis danych. Nale

y pami

e po dokonaniu zapisu we wskazanym buforze

znajdowa

dzie wył

cznie blok danych i, przed ewentualnym zapisem do pliku, nale

y poprzedzi

nagłówkiem.

procedurę VZapiszBlok[czest:word;dlug:ward;p: pointę?];

begin

ifczest<400Cthen begin

VOC_blad:=VZIaCzestotliwosc;

exit end:

YWylaczDAC;

asm

movbx,7 mavax, cześć movdx,0 movcx,dlug les di,p callVsterownik end end;

PoniŜsza procedura stanowi pewne uzupełnienie zestawu narzędzi słuŜących odtwarzaniu dźwięku. VOdtworzBlok
pomija wielkość nagłówka przy wskazywaniu sterownikowi bufora z danymi, a co za tym idzie, doskonale nadaje się
do odgrywania zapisanego z uŜyciem VZapiszBlok bloku danych.

procedur

VOdtworzBIok(wsk:pointer);

var

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

przechowa) :byte:

begin

przechowaj :=VDIugoscNaglowka;

V0ugosc^aglowka:=0;

VOdtworzVOC(wsk);

VDIugoscNaglowka:= przechowaj

end

Funkcja VOpisBledu pełni rol

pomocnicz

. Zwraca ła

cuch ASCII opisuj

cy bł

d zwi

zany z

aktualn

warto

zmiennej VOC_BLAD.

function VOpisBledu:sCring;

begin

case VOCJ)lad of

V0k:

VapisBledu;='Ok.';

YBrakSterownika:

VopisBledu:='Nie znaleziono pliku CT-VOICE.ORV';

VZaMaloPamieci:

VopisBledu:='ZbyC mało pamięci operacyjnej.':

VZIyNaglowekSterownika:

VapisB!edu:='Zty nagłówek CT-VOICE.DRV';

YBIadInicjalizacji:

VopisBledu:='Bład podczas inicjalizacji sterownika.';

VL)szkodzonaKarta:

VopisBledu:='Btędne działanie karty dźwiękowej.';

VBladWeWy:

VopisBledu:='Btad podczas zapisu/odczytu z portów karty,';

YZłyNumerPrzerwaniaDlaDMA:

VopisBledu:='Niewłaściwy numer przerwania IRQ.';

YBIadZwolnienia:

VopisBledu:='Błąd zwolnienia pamięci.';

YBrakPtiku:

VopisBledu;='BrBk pliku .VOC.';

VToNieVOC:

VopisBledu:='Błędny nagłówek pliku .VOC,';

VSBNieOdtwarzal:

VopisBledu:='śaden plik nie byt odtwarzany

;

VNieByiaPecli:

VopisBledu:='Nie było aktywnej pętli.';

VZtaCzestotliwosc:

VopisBledu:='Zta częstotliwość próbkowania,' end end;

Ostatni

publiczn

procedur

biblioteki jest VDeinstalujSterownik. Mo

na j

wywoła

w programie, by

deinicjałizowa

CT-VOłCE i zwolni

zajmowan

przez jego kod pami

ęć

. Jego wywołaniem

ROZDZIAŁ 2

w przypadku zako

czenia działania programu zajmie si

nowa procedura wyj

cia - VOCExit.

procedur

YDanstalujScerownik;

begm

(f YSterownikZainsCalowsny then begin as m

mov bx,9 całłYsterownik end;

VZwolni|PamiectVsterownik);

VSt:erownik2ainsCalowany:=false end end;

($F+) procedurę VOCExtt:;

begin

YOeinscalujScerownik;

ExitProc:==VDawnaProceduraWyjscia end;

{SF-}

begin

VDawnaProceduraWyJscia;=ExitProc;

ExitProc:=@VOCExit:

VSterown ikZainsCalowany: = False;

VOCstaCus:=0;

VOC 81ad;=VOk

end.

PRZYKŁADY

W poprzednim rozdziale zaprezentowałem kompletn

, gotow

do u

ycia bibliotek

funkcji i

procedur u

yteczn

przy programowaniu obsługi plików VOC. Aby bardziej jeszcze rozja

zasady korzystania ze sterownika, przedstawi

przykład programu wykorzystuj

cego jego usługi.

Jego zadaniem b

dzie odtwarzanie zawarto

ci zadanego parametrem pliku formatu VOC:

program Zagraj;

{$M 16000,0,50000} uses crt.YOC:

var

b:pointer;

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

procedurę koncZJesli_zle;

begin

lfVOC_Btad<>VOkthen begin

wnteln[VapisBledu);

halt end end:

begin

if paramcount<>1 then begin

wricelnC UŜycie: ZAGRAJ plik');

wriceinfplik - plik w formacie VOC');

halt end;

Vlnic}ujSCerownik(0,0);

kończ (esli_zle:

VOdczytaJPlikVOC[b,paramstrE13);

koncz_jesli_zle;

VOdCworzVOCEb);

wricelnrOdtwarzam. Wciśnij ESC aby przerwać...');

repeat untii tkeypressed3orfVOCStatus=0);

if keypressed then VZakonczQperacjeVOC

end,

Wspomniałem, Ŝe parametrami dla VInicjujSterownik mogą być (w przypadku, gdy ustawienia karty nie są
standardowe) adres bazowy i numer przerwania IRQ. Warto byłoby, aby nasze programy, zanim zainicjują
działanie sterownika, sprawdziły je. Jednym ze sposobów jest odczytanie wartości zmiennej środowiskowej
BLASTER. Oczywiście w przypadku, gdyby w pamięci komputera, na jakim uruchomiony został nasz
program, nie znajdowała się zmienna o tej nazwie, moŜemy np. zwrócić się z zapylaniem do uŜytkownika
(sposób praktykowany - przekonać się o tym moŜna przyglądając się kilku popularnym grom). Innym
sposobem jest badanie kaŜdego z portów i przerwań. Ta metoda zostanie omówiona w dalszej części ksiąŜki.
PoniŜej przedstawiam proste funkcje zwracające interesujące nas wartości po uprzednim odczytaniu ich ze
zmiennej BLASTER:

function adres_bazowy:word;

var

lancuch.string;

pozycja:byte;

begin

ROZDZIAŁ 2

ła

cuch: =GeCEnvt'8LAS7OT:

if Uancucho"] then pozycjB:=pos['A', ła

cuch)

elsepozycja:=0, if pozycJaoOchen begm

ad^es_bazowy:=256

[o^d[l6^cuch[pozycja-1]]-4B] +^6

[o^d[lancuch[pozyc^a+^])-4B] +ord([ancuch[pozycja+3])-

48 end else adres_bazowy:=$220 end;

function numer_IRQ:byte' var

lancuch:string;

pozycja;byte;

begin lancuch:=SetEnv['BLĄSTER'];

if [lancucho") Chen pozycja:=pas(T.lancuch] else pozycja:=0;

ifpozycjaoOthen

numer_IRQ:=ord[lancuch[pozycja+1]]-48 else

numer_IRQ:=7 end;

Bywa, Ŝe chcielibyśmy, aby uŜytkownik programu nie miał dostępu do uŜywanych przez program plików VOC (tzn.
nie mógł przez np. prostą podmianę zmienić efektów dźwiękowych w naszej grze). Najprostszym sposobem wydaje
się wtedy zmiana ich nazwy i, częściowo, struktury [np. obcięcie nagłówka i pozostawienie tylko bloku danych) lub
np. „sklejenie" ich w jeden plik i przechowywanie przez program połoŜenia poszczególnych „składowych". W
przypadku niewielu plików za sposób moŜna takŜe uznać połączenie ich zawartości z kodem naszego programu.
PoniŜej prezentuję przykładowy listing. Program odtwarza włączone na etapie konsolidacji dane dźwiękowe zapisane
w formacie VOC. Korzysta takŜe ze skonsolidowanego ze swoim kodem sterownika. Podobny programik moŜe na
przykład znaleźć zastosowanie przy tworzeniu plików wsadowych (podczas działania których komunikaty będą np.
wypowiadane za pośrednictwem SB).

program p1;

usesVOCDrv;

{tekst biblioteki zamieszczony przy opisie sposobu

obsług/

PLIKÓW VOC

korzystane ze sterownika CT-WICE}

{$Lexample1,obj} procedurę Dźwięk:

external:

kod procedury Dźwięk to zawartość pliku example1.obj utworzonego w następujący sposób:

BINDBJ example1.voc example1,obj Dźwięk

}

var

Status ;word:

segm, przesuń, wynik:ward;

procedurę Odtworz_zaw_pliku(si0iword];

begin

o:=o+$1A:

{ długość nagłówka dla tej wersji formatu }

asm

mov bx,6

mov es,s

mov di,o

cali far ptrvoice end;

nepeat unti Status =0 {czekamy na koniec} end;

begin

Status =0;

WriteInCBum bum bum,..'3; {informacja } asm

movbx,3

cali far ptrvcice

nnov wynik,ax end;

ifwynikoOthen

begin wnteInfBłąd podczas inicjalizacji sterownika.');

halt end;

segm:=segEStatusl;

przesuń; =ofs[Status], asm

mov bx,5

mov es,segm

mov di, przesuń

ROZDZIAŁ 2

end.

OdCworz_zcWJ^Ikutseg[D2wiek),of5EDzwiek]);

as m

movbx,9

cali far ptrvai[:e end end. {iju

}

2.3 OBSŁUGA WIĘKSZYCH PLIKÓW

Praca z plikami formatu VOC przy uŜyciu standardowego sterownika CT-VOICE jest wygodna, ale nie
pozbawiona wad. Za podstawową naleŜy uznać fakt, Ŝe niemoŜliwe jest odtworzenie pliku o rozmiarach
przekraczających wielkość dostępnego do zaallokowa-nia obszaru RAM. Poza tym konieczność ładowania pliku
do pamięci przed odtworzeniem zmusza nas do walki o niemal kaŜdy bajt. Kłopotliwy Jest teŜ zapis dźwięku o
nieco większej długości. Okazuje się, Ŝe wśród rozpowszechnianych wraz z kartą plików znajduje się
CTVDSK.DRV, zawierający kod sterownika (Creative Disk Double-Buffering Voice Driver), przy uŜyciu którego
moŜemy odgrywać pliki bezpośrednio z dysku i zapisywać prosto do pliku (!). Pomysł jest prosty - sterownik
wykorzystuje zdefiniowany wcześniej bufor dzieląc go na dwie części, do jednej „doczytując" kolejne partie pliku,
z drugiej zaś odtwarzając uprzednio „doczytane". Funkcje nowego sterownika niewiele róŜnią się od funkcji
standardowego CT-VOICE. Oto opis kilku z nich, niezbędnych do zapisu i odtwarzania danych dźwiękowych
wprost z dysku, a nie udostępnianych (lub wymagających odmiennych parametrów) przez kod zawarty w CT-VOI-
CE.DRV:

Funkcja 3: Inicjalizacja sterownika

Wej

cie: BX=3

AX= rozmiar bufora Wyjście: AX - kod błędu
O - wykonanie bezbłędne

1 - błędne działanie karty Sound Blaster
2 - zły adres bazowy (błąd odczytu/zapisu)
3 - zły numer przerwania IRQ

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Opis: Jednym z wymaganych przez funkcję parametrów jest - podawany w rejestrze AX - rozmiar bufora.

Parametr len rozumiany jest jako ilość bloków wielkości 4 KB, składających się na bufor. Tak
więc. jeśli na potrzeby bufora allokujemy 32 KB, rejestrowi AX nadajemy wartość 8. Jak juŜ
wspomniałem, zdefiniowany bufor podzielony zostanie na dwie równe części. MoŜna więc
powiedzieć, Ŝe w AX podajemy rozmiar kaŜdej z tych dwóch części będący wielokrotnością 2
KB.

Funkcja 5: Ustawienie adresu zmiennej statusowej

Wejście: BX=5

DX = numer segmentu z adresu zmiennej AX == przesunięcie wewnąirzsegmentowe zmiennej

Wyj

cie: brak

Opis: Wywołując tę funkcję wskazujemy sterownikowi lokalizację szesnastobitowego stówa

przeznaczonego na zmienną statusową. Sterownik podczas pracy nadaje lej zmiennej róŜne
wartości. Badając je moŜemy stwierdzić, na jakim etapie działania znajduje się procedura
odtwarzania dźwięku. Dokładniejszy opis znajdzie Czytelnik we wcześniejszej części ksiąŜki
(opis CT-VOICE).

Funkcja 6: Odtworzenie zawartości pliku

Wej

cie: BX=6

AX = uchwyt pliku

Wyjście: AX - informacja o tym, czy wystąpił jakiś błąd (O oznacza wykonanie pomyślne)

Opis: Działanie funkcji polega na rozpoczęciu odtwarzania pliku z uŜyciem zainicjowanego wcześniej

bufora. Parametrem funkcji jest uchwyt pliku - wielkość zwracana przez usługi DOS po jego
otwarciu. Odgrywanie pliku z uŜyciem tej funkcji wiąŜe się z cyklicznymi odczytami z pamięci
masowej. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe częstotliwość odwołań do dysku jest odwrotnie
proporcjonalna do rozmiaru bufora.

ROZDZIAŁ 2

Funkcja 7: Zapis dźwięku do pliku

Wej

cie: BX=7

AX= uchwyt pliku DX= cz

stotliwo

ść

Wyjście: AX - informacja o ewentualnym błędzie (O - wykonanie bezbłędne)

Opis: Wywołanie tej funkcji rozpoczyna zapis do pliku danych d

kowych pobieranych z przetwornika

analogowo-cyfrowego z cz

stotliwo

zadan

przez warto

ść

rejestru DX.

Funkcja 14: Informacja o błędzie

Wej

cie: BX==14 Wyj

cie: DX - kod bł

du DOS

AX- kod bł

du sterownika

Opis: Funkcję wywołujemy w wypadku, gdy próba wykonania innej funkcji sterownika nie powiodła się. Badając

zwrócone wartości moŜemy poznać przyczynę powstania błędu.

Funkcja 15: Inicjalizacja bufora

Wejście: BX=15

DX = numer segmentu początku bufora

AX = przesunięcie wewnątrz segmentu początku bufora

CX = rozmiar bufora w 4 KB blokach Wyj

cie: brak

Opis: Wykonanie funkcji jest konieczne przed próbą odtworzenia jakiegokolwiek pliku. Wywołując ją

wskazujemy sterownikowi miejsce w pamięci operacyjnej, gdzie ulokowaliśmy bufor uŜywany przy
odtwarzaniu.

Skoro poznaliśmy juŜ nowe funkcje sterownika, czas na zapoznanie się z podstawowymi zasadami korzystania z
niego:

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Rozpocz

cie pracy:

1. Otwarcie pliku CTVDSK.DRV, sprawdzenie jego rozmiaru i allo-kacja niezb

dnego obszaru pami

operacyjnej.

2. Wczytanie kodu sterownika i zamkni

cie pliku.

3. Inicjalizacja bufora u

ywanego przez sterownik (allokacja pami

ci i u

ycie funkcji 15). Je

eli czynno

ść

ta nie poprzedzi inicjali-zacji sterownika, driver sam zarezerwuje bufor w pami

ci operacyjnej.

4. Modyfikacja adresu bazowego u

ywanego przez sterownik.

5. Zmiana numeru przerwania IRQ wykorzystywanego podczas transmisji danych.
6. Inicjalizacja sterownika (funkcja numer 3).
7. Wskazanie lokalizacji zmiennej statusowej. Przed inicjalizacj

sterownika nasz program mo

e tak

przej

ąć

kontrol

przerwania 24h (obsługa bł

dów krytycznych). Dodatkowo nale

y pami

e w

przypadku wyst

pienia jakiego

bł

du u

emy funkcji 14 (informacja o bł

dzie).

Odtwarzanie:

1. Otworzenie pliku zawieraj

cego dane d

kowe i zapisanego w formacie VOC.

2. Wł

czenie układu DA

(czynno

ść

jest zb

dna, gdy odtwarzamy plik zaraz po inicjalizacji sterownika i gdy

układ DA

nie był wył

czany).

3. Wywołanie funkcji 6 z podaniem w rejestrze AX uchwytu do otwartego pliku.
4. Oczekiwanie na moment, w którym zmiennej statusowej nadana zostanie warto

ść

O (koniec). Podczas

oczekiwania na zako

czenie odtwarzania nasz program mo

e wykonywa

inne czynno

ci. U

ywaj

funkcji 10 i 11 mo

emy zatrzymywa

i wznawia

wykonywanie procedury odtwarzaj

cej, a wywołuj

funkcj

8 - zako

czy

jej działanie. Odczytuj

c warto

ść

zmiennej statusowej mo

emy, pod warunkiem

uprzedniego wzbogacenia naszego pliku o podbloki typu Marker, sprawdzi

, który fragment próbki

kowej jest aktualnie odtwarzany. Podczas odtwarzania wci

ąŜ

emy odwoływa

do nap

dów

dyskowych z u

yciem usług DOS'u. Istniej

natomiast pewne ograniczenia dotycz

ce wykorzystania

przez program przerwa

8h (Timer), l On (Video), 13h (usługi BlOS-u dotycz

ce operacji dyskowych)

HOZDZfAŁ 2

i 28h. Ich obsług

przejmuje na czas działania sterownik. Mo

na je wykorzystywa

jedynie:

• przed inicjalizacj

oraz po deinicjalizacji,

po inicjalizacji oraz przed deimcjalizacj

6. Po zako

czeniu odtwarzania nale

y zamkn

ąć

plik z danymi d

kowymi

Zapis dźwięku:
1. Otwarcie pliku przeznaczonego do zapisu danych.
2. Wyłączenie (z uŜyciem odpowiedniej funkcji sterownika) układu DAĆ.
3. Wywołanie funkcji 7 (zapis) z odpowiednimi parametrami.
4. Wykonywanie innych czynności. Podczas zapisu dźwięku nasz program moŜe wykonywać inne zadania. Chcąc
zakończyć zapis dźwięku wystarczy wywołać funkcję 8 sterownika. Informację o tym, czy zapis dźwięku wciąŜ trwa,
moŜna uzyskać odczytując wartość zmiennej statusowej (O oznacza zakończenie zapisu).
5. Zamknięcie pliku, do którego zapisywaliśmy dźwięk. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe dane zapisywane są przez
sterownik w formacie VOC, nie ma więc juŜ potrzeby (jak przy sterowniku CT-VOICE) zapisu nagłówka przed
utworzoną przez driver strukturą-
Zakończenie pracy:
1. Zakończenie procedury odtwarzania (jeśli jest aktywna) i zamknięcie plików dźwiękowych.
2. Wywołanie funkcji deinstalacji sterownika.
3. Zwolnienie pamięci zajmowanej przez kod sterownika i bufor. Jeśli rozpoczynając pracę nasz program przejął
obsługę przerwania 24h. po deinicjalizacji sterownika powinien przywrócić pierwotną wartość wektora.
Wykorzystanie CTVDSK.DRV to prosty sposób na wzbogacenie dłuŜszej prezentacji o dźwięk czy teŜ gry o muzykę.
Moim jednak zdaniem, wykorzystanie plików VOC do przechowywania i odtwarzania „w tle" zdigitalizowanej
muzyki nie jest pomysłem najlepszym (na jedną sekundę przywoicie słyszalnego dźwięku musimy przecieŜ
przeznaczyć co najmniej kilka KB) - znacznie wygodniej jest, według mnie, wykorzystać muzykę zapisaną w
formacie CMF.

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Skoro opisałem juŜ metodykę wykorzystania CTVDSK.DRV, czas na przykład; będzie nim tekst źródłowy
programu odtwarzającego zadany parametrem plik.

{$M 16000.0,50000}

program DskPIay;

uses

dos,crt;

var

sCerownik:pointer; {wskazanie na początek kodu } Dbufferpointer; { wskazanie na bufor} Error:byte; {
numer błędu } YOCStatus.word; {zmiennastacusowa} P:fite;

Uchwyt:word absolute P: { rzut: P na pole 16-bic } ch:char;

Zat,rzymany:boolean; {czy zsCrTymaliśmyodtwarzanie}

function lscniejetPEik:string]'boolean;

var

f:file;

begin

assigntf.Plik);

{$!-}

resectf];

close(f);

{$!+}

Istnieje: ^[IDresult^Ol end;

function Czy to_plik_VOC[spec:string):boolean, var

u:tile;

tab:array[Q,.3] of char;

begin

assign(u,spec3;

reset(u,1);

iffilesize[u)>31 chen

{ nagłówek + początek bloku danych }

begin

blockreadEu,tab,4);

CzyJ:o_plik_VOC

^[tab^+tabdl+tab^l+cabtS^Crea');

endelse Czy_l;o_plik_VOC:=falsE:

ROZDZIAŁ 2

cbselu)

end;

procedur

2are2erwuj_parniectvargd2)e:poinCer:iie'longinti;

var

r:regisCers;

ilosc:word:

begin

ilo

ść

: =(ile-15] shr4:

nah;=$4S:

rbx:=ilosc;

MsOosCr-);

if [r.bxoilosc] then Error^S e.se begin

Error:=0;

gdzie:=ptr(r,ax,0) end

end;

procedur

Zwolnij^pamiectgdzie.pointer);

var

p:registers;

begin

rah:=$49:

r.es:=segtgdzie^);

msdostr];

iftr.ax^7]or[rax=9)then Error:=3 end;

procedurę lnicjuj_sterownik[PorC,lrq,Size:word);

var

sifile;

specyfikacja:string;

segment, przesuń :word;

CoJest_stercwnik:boolean;

wynik:word;

begin

specyfikacja:='CTVDSK,DRV;

if not Istniejetspecyfikacjał then

specyfikacja: ^getEnyfSaUND^+ADR^CTYDSK.DRY';

if not IscriejeCspecyfikacja] then

begin

Error=1;

exit

end;

S5sign[s,specyfikacjal:

resetCs.l);

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

Za reasrwJ |_Damec (ste rownik.fileSizetsJ);

ifErroroO then exit:

blockreadts,sterownik^ ,nlesize[5)], {wczyta) kod } closets], segment, =seg[ste''ownlk

);

p^zesun;-=of5[5t.e^ownlk

]; { adres początku kodu } tOJesC^stero^nik^tMemWLsegmenc przesuń+31 =$5443):

Co_)est sterownik: ==Co_)est_sterownik

and EMemW[segment:przesun+5]=$4456):

if noc COJest^sterownik then begin

ErrDr':=4;

exit

end;

Za^e^er'vuu^_pam^ec[Dbuffe^.s^^e

4Q95];

if ErraroO then exit;

segment; =seg[Dbuffe^

];

przesuń: ^fstDbuffer-^];

asm

mov bx,15

mov dx,segment

mov ax,prze5Lin

mov cx,size

cali sterownik end:

if portoOthen

asm

mov bx,1 mov ax,port cali sterownik

end;

ifirqo0then

asm

mov bx,2 mov3x,irq cali sterownik

end;

segment: =seg[VOCstatus3;

przesuń: =ofs[VOCstatus];

asm

mov bx,3

mov ax,size

cali sterownik

mov wynik, ax

mov bx,5

movdx,segment

movax,przesuń

cali sterownik end:

ROZDZIAŁ 2

OBSŁUGA PLIKÓW VOC

procedurę Kontynuuj;

begin ZaCrzymany:=false;

asm

mov bx,11

cali sterownik end end;

procedurę Deinstalu^sterownik;

begin asm

movbx,9 cali sterownik end;

Zwolnij_pamlecEsterownik];

ZwDlnij_pamiec[Dbuffer3 end;

procedurę KonczJesli_zle;

begin

ifError=Othen exit;

case Error of 1: writeInCBrak pliku CTVDSK.DRV3:

2: writeInCBład przydziału pamięci']:

3: writeln['Btad zwolnienia pamięci');

4: writelnC'Zły nagłówek sterownika'];

5; writelnC'Błędne dziatanie karty']:

B: writeInCBtąd obsługi portów karty');

wntelnC'Btędny numer IRQ');

8: wricelnt'Brak wskazanego pliku") end;

halt

end;

begin
begin
end;

if paramcountol then { nie podano parametru }

writeInCU

ycie: DiskPtayplik');

writefnCplik- plik w formacie VOC');

hale

if not IstniejeCparamstrII)) then begin

wnteln^Brak wskazanego pliku');

halt

casewynkof

0: Error;=0;

1: Error:=5;

S: Error;=6;

3:Error:=7 end

end;

procedurę DdtworzJ)likl)aki:stnng);

var handle:word;

begin assIgnLPjaki):

{$F-} resetiPI;

{$F+} ifioresulcoOthen begin

Error:=B;

exit end;

handle;=Uchwyt:

asm

movbx,6

movax, handle

cali sterownik end end;

procedurę Zakończ odtwarzanie;

hegin

ifVOCStatus<>Othen {jeśli jeszcze gra } asm

movbx,8 cali sterownik end;

{$F-} close(P]:

{$F-} end;

procedurę Pauza;

begin Zatrzymany: =true;

asm

mov bx,10

catl sterownik end end;

ROZDZIAŁ 2

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

ifnotC2y_Co_pllk_VDCtparBmstr(1]} then begin

wnteInCPlik nie je

ść

zapisany w formacie VOC'

halt end:

Inicjuj sterownik(0,D,103; { bufor 40 KB} koncz_Jesli_zle:

2atr'zymany:=false;

OdCworz_plik[paramstrt1l];

writeInCOdtwarzam...'];

writeInfSPACE - pauza, ESC - koniec'3;

repeac

if keypressedthen ch:=r-eadkeyelse ch:=#0;

ifch=^32then

case Zatr-zymany of

true: KontynJJ);

false; Pauza end uncii

[VOCStat;us=0)or[ch=^27], Zakoncz^odCwarzanie;

Deinst;aluj_sterownik

3. OBSŁUGA PLIKÓW CMF

W rozdziale omówię sposób obsługi plików
zapisanych w formacie CMF (Creative Musie
File). Struktura ta została stworzona do
przechowywania danych muzycznych. Przy ich
odtwarzaniu najłatwiej jest wykorzystać
sterownik SBFM. Jego funkcje umoŜliwiają
odtwarzanie muzyki „w tle", a co za tym idzie,
np. proste wzbogacenie programów
rozrywkowych o podkład muzyczny.

3.1 STRUKTURA PLIKÓW CMF

Sposób, w jaki zorganizowane są pliki CMF,
przedstawia się w następujący sposób:

1. Blok nagłówka

Blok zawiera podstawowe informacje o
zawartości pliku.

2. Blok instrumentów

Definicje instrumentów uŜytych przy
odtwarzaniu muzyki. Wartość informująca
o ilości 16-bajtowych definicji
przechowywana jest w bloku nagłówka.

3. Blok muzyczny

Muzyka zapisana w zunifikowanej formie.

ROZDZIAŁ 3

Omówi

teraz ka

dy z 3 bloków pliku CMF. Blok nagłówka

Przesuni

cie (szesnastkowo)

Opis

00-03h Identyfikator pliku - 4 znaki ASCII „CTMF". 04-05h Wersja formatu CMF.

Starszy bajt słowa przechowuje bardziej znaczącą część numeru wersji, młodsza - mniej znaczącą
część.

06-07h Przesunięcie Bloku instrumentów względem początku pliku CMF.
08-09h Przesunięcie Bloku muzycznego względem początku pliku.

OA-OBh Ilo

ść

cykli zegarowych odpowiadaj

cych

wier

nucie.

Dla przykładu: je

eli cz

stotliwo

ść

zegara wynosi 96 Hz, a warto

ść

tempa to 120, warto

ść

powinna by

równa 48 (domy

lnie).

OC-ODh Ilość cykli zegarowych w ciągu sekundy.

Częstotliwość zegara O wyraŜona w Hz (1/sek). Wartością domyślną jest 96. Zalecany przedział
wartości to (20,160).

OE-OFh Przesunięcie tytułu względem początku pliku.

Warto

ść

opisuj

ca poło

enie ci

gu znaków ASCII zako

czonych bajtem równym O (ci

ASCIIZ). Brak tytułu utworu sygnalizowany jest zerow

warto

przesuni

cia.

10-1 Ih Przesunięcie danych kompozytora względem początku pliku.

Warto

ść

opisuje poło

enie danych dotycz

cych kompozytora (np. nazwisko). Dane

kompozytora musz

zapisane jako ci

g ASCIIZ. Brak danych sygnalizowany jest zerow

warto

przesuni

cia.

12-13h Poło

enie komentarzy.

Szesnastobitowe słowo opisuj

ce poło

enie ci

gu ASCIIZ zawieraj

cego komentarz

wzgl

dem pocz

tku płiku

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

CMF. Długość wskazywanego ciągu nie powinna przekraczać 32 bajtów.

14-23n Tabela zaj

cia kanałów.

Szesnastobajtowa tablica przechowująca informacje o wykorzystywanych przy odtwarzaniu
muzyki kanałach. Wartość l bajtu odpowiadającego danemu kanałowi oznacza jego
wykorzystanie.

24-25h Ilo

ść

ywanych instrumentów.

Warto

ść

opisuj

ca ilo

ść

ywanych przy odtwarzaniu muzyki instrumentów.

26-27h Tempo podstawowe. Główne tempo utworu.

28h-.. Od tego miejsca rozpoczynają się ciągi znakowe opisujące tytuł, dane kompozytora ulworu i

komentarze.

Blok instrumentów

Blok zawierający rekordy o długości 16 bajtów, opisujące uŜywane przez utwór instrumenty. Ilość pól opisuje
słowo nagłówka o przesunięciu 24h względem początku pliku. PołoŜenie bloku instrumentów opisuje słowo o
przesunięciu 6h. KaŜdy rekord zawiera obraz wartości rejestrów danego kanału FM. Rekord przechowuje
wartości równe zawartym w obszarze rozpoczynającym się od przesunięcia 24h pliku SBI (SBI - Sound
Blaster Instrument File to format zapisu opisu instrumentów uŜywany np. przez program IEDIT).

Blok muzyczny

Format, w jakim zapisane s

dane opisuj

ce muzyk

, jest zbli

ony do formatu SMF (Standard

MIDI Format). Opisuje on utwory jedno

ci e

k owe, wielokanałowe i polifoniczne. Maksymalna liczba

kanałów to 16.

3.2 FORMATY SBI i IBK

Pliki zapisane w formacie SBI (Sound Blaster Instrument) przechowują dane opisujące pojedynczy instrument.
Większość pól struktury SBI moŜna skojarzyć z odpowiednimi rejestrami układu syntezatora FM i ich
zawartość moŜe być bezpośrednio do nich wpisana w celu

ROZDZIAŁ 3

zdefiniowania danego brzmienia. Długo

ść

pliku zapisanego w formacie SBI jest stała i wynosi 51 bajtów. Poni

prezentuj

, jak przedstawia si

jego struktura. Dokładniejsze opisy znaczenia poszczególnych pól znajdzie Czytelnik

w rozdziale po

conym bezpo

redniemu programowaniu syntezatora FM.

Przesunięcie (szesnastkowol

Opis

00-03 04-23
24
25
26
27
28
29
2A 2B
2C

Identyfikator pliku. Ci

g znaków „SBI" zako

czony bajtem o warto

ci lAh

Nazwa instrumentu. Ci

g ASCI1Z (znaki ASCII i bajt o warto

ci 0) zawieraj

cy nazw

instrumentu Baji opisuj

charakterystyk

fali moduluj

cej Bajt opisuj

cy charakterystyk

fali no

nej

bit 7 - vibrato wysoko

ci - tremolo (AM) bit 6 - vibrato amplitudy (VIB) bit 5 - d

k podtrzymany (EG-TYP) bit 4

- skalowanie obwiedni (KSR) bity 3-0 - mno

nik cz

stotliwo

ci (MULTIPLE) Skalowanie/Poziom wyj

ciowy fali

moduluj

cej Skatowanie/Poziom wyj

ciowy fali no

nej bity 7-6 - skalowanie poziomu (KSL) bity 5-0 - poziom

wyj

ciowy fali no

nej (TL)

Bajt opisujący proces narastania i opadania fali modulującej

Narastanie i opadanie fali no

nej

bity 7-^ - pr

dko

ść

narastania (AR) bity 3-0 - pr

dko

ść

opadania (DR)

Bajt, którego bity opisuj

poziom podtrzymania i pr

dko

ść

wygasania fali moduluj

cej

Poziom podtrzymania i pr

dko

ść

wygasania fali no

nej bity 7-^ - poziom podtrzymania (SL) bity 3-0 - pr

dko

ść

wygasania fali (RR)

Wybór fali moduluj

cej

OBSŁUGA PUKÓW CMF

2D Wybór tali no

nej

bity 7-2 - wy zerowane

bity 1-0 -wybór fali (WS) Sprz

ęŜ

enie zwrotne/poł

czenie

bity 7-4 - wyzerowne
bity 3-1 - sprz

ęŜ

enie zwrotne układu modulatora

bit O - poł

czenie 2F-33 Zarezerwowane

Funkcje i znaczenie poszczególnych bitów odpowiednich pól opisuj

cych fal

moduluj

i no

identyczne.

Bajty o przesuni

ciach 24-33h odpowiadaj

kolejnym polom definicji instrumentu w bloku instrumentów pliku CMF.

PoniewaŜ uŜywanie plików SBI do przechowywania definicji pojedynczych instrumentów moŜe być, przy większej
ich liczbie, niewygodne, stworzono format IBK (Sound Blaster Instrument Bank), umoŜliwiający zgrupowanie w
jednym pliku większej ilości definicji. Maksymalna liczba opisywanych plikiem IBK instrumentów wynosi 128.
Struktura IBK przedstawia się następująco:

Przesunięcie Opis (szesnastkowo)

00-03 Identyfikator pliku - ci

g „IBK" zako

czony bajtem O warto

ci lAh.

04-803 Parametry instrumentów. Obszar o wielkości 2 KB przeznaczony na przechowanie definicji 128

instrumentów (po 16 bajtów na kaŜdy).

804-C83 Nazwy instrumentów. Tablica zawierająca nazwy kaŜdego z opisywanych w pliku instrumentów. Nazwę

pojedynczego instrumentu stanowi ciąg 9 znaków ASCII zakończony bajtem o wartości 0.

3.3 STEROWNIK SBFM

W rozdziale omówię sposób wykorzystania rezydentnego sterownika Sound Blaster FM. UŜywając go moŜna w
prosty sposób odtwa-

ROZDZIAŁ 3

rzać muzykę zapisaną w formacie CMF, wykorzystując układ syntezatora FM (Frecjuency Modulation) będący
częścią karty dźwiękowej.

SPOSÓB KORZYSTANIA ZE STEROWNIKA
Sterownik SBFM instalujemy w pamięci operacyjnej uruchamiając program SBFMDRV.COM. Program
przechwytuje obsługę jednego z przerwań o numerze zawierającym się w przedziale 80h..BFh (wybiera pierwsze nie
zajęte). Przesunięcie wewnątrzsegmentowe początku kodu nowej procedury obsługi przerwania jest równe 0. Do
funkcji sterownika odwołujemy się wykonując obsługiwane przez niego przerwanie (rozkazem assemblerowym INT).
Wpierw jednak musimy sprawdzić, obsługę którego przerwania przejął sterownik. Najprościej zrobić to badając dla
kaŜdego „podejrzanego" (od 80h do BFh) kod procedury obsługi. W kodzie oryginalnego SBFM, od przesunięcia
103h względem komórki wskazywanej przez wektor przerwania rozpoczynać się powinna 5-bajtowa sygnatura
„FMDW.

Wszystkie parametry przekazujemy driverowi z pomocą rejestrów mikroprocesora. Numer funkcji, z której
chcielibyśmy skorzystać, umieszczamy w BX. a parametry w pozostałych. Po wykonaniu funkcji sterownik
umieszcza (czasem nie) kod wyniku w rejestrze AX (odczytując jego zawartość dowiedzieć się moŜemy, czy
operacja przebiegła pomyślnie, czy teŜ nie).
Wartości wszystkich rejestrów wraz z flagowym (oprócz AX i DX) są przez sterownik zachowywane.
Podobnie jak sterownik CT-VOICE, SBFM modyfikuje wskazaną przez program zmienną zwaną dalej zmienną
statusową. Dla drive-ra SBFM zmienna zajmuje jeden bajt. Jej lokalizację wskazujemy korzystając z funkcji l.
Podobnie jak przy odtwarzaniu zawartości plików VOC, wartość zmiennej statusowej uŜywanej przez sterownik
informuje nas o działaniu procedur sterownika. Rezydentny driver SBFM modyfikuje ją w przypadku:
1. Resetu (ustawia na 0)
2. Rozpoczynając odtwarzanie bloku muzycznego pliku CMF (ustawia na FFh)
3. Kończąc odtwarzanie bloku muzycznego (ustawia na 0)
4. Natrafienia na pole Control Event w bloku muzycznym (ustawia wartość zmiennej statusowej zgodnie z

zawartością pola Control Data)

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

Zmienna statusowa nie jest modyfikowana, gdy wywołamy funkcję chwilowego zatrzymania (nr 9) lub
kontynuacji (nr 10) odtwarzania muzyki.

OPIS FUNKCJI STEROWNIKA

Rezydentny sterownik SBFM dostarcza nam następujące funkcje:

Funkcja 0: Pobranie numeru wersja sterownika _____

Wejście: BX=0
Wyjście: AX - wersja SBFM

Opis: Funkcja zwraca bardziej znaczącą (AH) i mniej znaczącą (AL) część numeru wersji zainstalowanego

w pamięci sterownika.

Funkcja 1: Wskazanie bajtu statusowego

Wejście:BX=1
DX:AX== adres bajtu Wyjście: brak

Opis: Wskazanie sterownikowi połoŜenia bajtu przeznaczonego na zmienną statusową. Funkcje tej

zmiennej omówiłem w części „Sposób korzystania z funkcji".

Funkcja 2: Wskazanie tabeli instrumentów

Wejście: BX=2

CX== ilość instrumentów
DX:AX= adres tabeli Wyjście: brak

Opis: Zanim rozpoczniemy odtwarzanie utworu muzycznego powinniśmy wskazać sterownikowi połoŜenie

tabeli zawierającej definicje instrumentów (driver zawiera wprawdzie definicję 16
instrumentów, ale uŜyte w odtwarzanym utworze mogą się od nich róŜnić). Sterownik uŜywa jej
do programowania układów syntezy FM. NaleŜy pamiętać, Ŝe wielkość praekazywana w
rejestrze CX nie powinna być większa od 128.

ROZDZIAŁ 3

Funkcja 3: Ustawienie częstotliwości zegara systemowego Wejście:BX=3

AX= wartość odpowiadająca częstotliwości Wyjście: brak

Opis: UŜywając tej funkcji informujemy sterownik o częstotliwości, na jaką powinien ustawić Timer O po

zakończeniu odtwarzania. Welkość przekazywana w rejestrze AX wyliczyć moŜna ze wzoru:

w = l i 931801 częstotliwość U/Hz l

Jeśli program nie wywoła tej funkcji lub wywoła z parametrem AX=FFFFh, Timer O pozostanie
ustawiony na częstotliwość około 18.2 Hz-

Funkcja 4: Ustawienie częstotliwości zegara SBFM

Wej

cie: BX=4

AX= warto

ść

odpowiadaj

ca cz

stotliwo

ci Wyj

cie: brak

Opis: Działanie funkcji polega na ustawieniu częstotliwości, na jaką sterownik powinien przeprogramować Timer

O na czas odtwarzania dźwięku. Sposób wyliczania wartości przekazywanej w AX jest laki sam jak dla
funkcji poprzedniej:

w = H93I80/częstotliivość [1/Hzf

Częstotliwością domyślną jest 96 Hz. Właściwą dla danego utworu częstotliwość przechowuje

szesnastobito-we słowo o przesunięciu OCh względem początku pliku. Częstotliwość Timera O
decyduje o szybkości odtwarzania muzyki. Łatwo więc przez jej zmianę wpływać na tempo gry.

Funkcja 5: Transpozycja utworu

Wej

cie: BX=5

AX= parametr transpozycji Wyjście: brak

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

Opis: Działanie funkcji polega na zmianie tonacji utworu. Parametr przekazywany w AX wyraŜony jest w

półtonach.

Funkcja 6: Odtworzenie utworu Wej

cie:BX=G

DX:AX= adres bloku muzycznego

Wyj

cie: AX= wynik:

O - wykonanie bezbłędne l - błąd, inny utwór jest wciąŜ aktywny

Opis: Wywołanie funkcji rozpoczyna odtwarzanie utworu muzycznego opisanego w bloku muzycznym.

Para rejestrów DX:AX określa jego połoŜenie. Wyliczyć j^ moŜemy korzystając z wartości
przechowywanej w nagłówku pliku CMF (przesunięcie 08h względem początku). W wyniku
działania funkcji sterownik ustawia wartość zmiennej statusowej na FFh. częstotliwość Timera O
na zdefiniowaną przy uŜyciu funkcji 4, przejmuje obsługę przerwania 8h i rozpoczyna grę.
Odbywa się ona „w tle".

Funkcja 7: Zako

czenie odtwarzania muzyki

Wejście:BX=7
Wyjście: AX=0 - bezbłędnie

AX=1 - Ŝaden utwór nie był odtwarzany

Opis: Funkcja kończy odtwarzanie utworu muzycznego, zeruje zmienną statusową i programuje

częstotliwość zegara Timer O na 18.2 Hz lub na ustawioną z uŜyciem funkcji 3.

Funkcja 8: Reset sterownika SBFM

Wejście: BX=8 Wyjście: AX=0 - bezbłędnie

AX=1 błąd, sterownik odtwarza muzykę

Opis: Po wywołaniu tej funkcji sterownik wyłącza układy FM i ustawia domyślną (wewnętrzną) tabelę

instrumentów. Jeśli sterownik odtwarza utwór muzyczny, naleŜy

ROZDZIAŁ 3

wpierw wywołać funkcję 7. Wykonanie funkcji reinicjali-zacji sterownika jest konieczne przed
zakończeniem pracy naszego programu.

Funkcja 9: Chwilowe zatrzymanie odtwarzania Wejście:BX=9

Wyjście: AX= wynik

O - przebieg bezbłędny l - błąd, Ŝaden utwór nie był odtwarzany

Opis: Zatrzymanie odtwarzania. Funkcja nie modyfikuje wartości zmiennej statusowej. Odtwarzanie muzyki jest

kontynuowane po wywołaniu funkcji l O i kończone w wyniku działania funkcji 7.

Funkcja 10: Kontynuacja odtwarzania

Wej

cie:

Wyjście:

Opis:

BX=10

AX=0 - bez bł

dów AX=1 - muzyka nie była zatrzymana

Funkcja słuŜy do wznowienia odtwarzania utworu zatrzymanego funkcją 9.

Pułapki uŜytkownika dla Exclusive Commands

Wej

cie:

Wyj

cie:

Opis:

BX=11
DX:AX== adres procedury pułapki
brak
UŜywając tej funkcji wskazujemy procedurę, którą sterownik wywoła wykorzystując assemblerową komendę CALL
(międzysegmentową) w chwili, gdy w błoku muzycznym napotka na pole System Exclusive Command. Zdefiniowana

przez nas procedura musi się kończyć komendą RETF. Musi teŜ zachowywać wartości wszystkich rejestrów.
Przekazywany do niej przez sterownik parametr to adres następnego po S.E.Command bajtu (w parze rejestrów
ES:DI). Wyłączenie pułapki uŜytkownika jest konieczne przed zakończeniem działania na-

OBSŁUGA PLfKOW CMF

szego programu. Dokonać tego moŜemy zerując przed wywołaniem lej funkcji rejestry AX i DX.

ZASADY KORZYSTANIA Z FUNKCJI

Istnieje kilka zasad, których powinniśmy się trzymać programując z wykorzystaniem rezydentnego sterownika
SBFM. Najprościej będzie, gdy zaprezentuję uproszczony algorytm, wg którego działać powinien program
odtwarzający muzykę zapisaną w formacie CMF:

1. Odszukanie przerwania obsługiwanego przez sterownik. Podczas wykonywania tej procedury okazać się

moŜe, Ŝe Ŝadne z przerwań nie jest wykorzystane przez SBFM - wtedy nasz program powinien kończyć
działanie z odpowiednim komunikatem.

2. Otwarcie pliku do odtworzenia, sprawdzenie jego rozmiaru, al-lokacja niezbędnego obszaru pamięci

operacyjnej, wczytanie zawartości pliku i jego zamknięcie. Przed wczytaniem warto sprawdzić, czy
pierwsze 4 bajty pliku układają się w ciąg „CTMF" (gdy nie, plik nie jest zapisany w formacie CMF).

3. Wywołanie funkcji reinicjalizacji sterownika (nr 8).
4. Wskazanie połoŜenia zmiennej statusowej (funkcja 1).
5. Odczytanie Ŝądanej częstotliwości zegara systemowego na czas odtwarzania z odpowiedniego pola

nagłówka pliku i ustawienie jej z uŜyciem funkcji 4.

6. Wskazanie sterownikowi połoŜenia tabeli zawierającej definicję instrumentów (jej lokalizację względem

początku pliku CMF odczytamy z nagłówka).

7. Obliczenie połoŜenia początku bloku muzycznego (przesunięcie względem początku pliku odczytamy z

nagłówka).

8. Wywołanie funkcji odtwarzania muzyki (nr 6).
9. Oczekiwanie na zakończenie odtwarzania muzyki (sterownik wyzeruje wtedy zmienną statusową). Podczas

odtwarzania program moŜe wykonywać inne czynności. Odtwarzanie moŜemy zatrzymywać i wznawiać
przy uŜyciu funkcji 9 i 10 oraz zakończyć uŜywając funkcji nr 7.

10. Wywołanie funkcji reinicjalizacji sterownika oraz zwolnienie pamięci zajmowanej przez plik CMF.

ROZDZIAŁ 3

BIBLIOTEKA CMF.TPL

W rozdziale tym zaprezentuj

tekst

ródłowy gotowej do u

ycia biblioteki CMF. udost

pniaj

cej kilka podstawowych

procedur obsługi plików zapisanych w formacie Creative Musie File. Teksi biblioteki i kompilat znajduje si

tak

e na

doł

czonej do ksi

ąŜ

ki dyskietce.

Podobnie jak we przedstawionej wcze

niej bibliotece VOC.TPU, zacz

łem od definicji typu wyliczeniowego

opisuj

cego mo

liwe bł

-dy.

untCMF;

interface

type CMoz!iweBledy=[COk,

CMaloPamieci,

CBIadZwalniama,

CNieInstalowany,

CBrakPIikuCMF,

CZłyNaglowek,

CZaDuzoInstr

CAkCywnyLJtwor,

CNieGral,

CNieByloPauzy);

Następnie zadeklarowałem kilka zmiennych: CMFSlatus, którą przeznaczyłem na bajt statusowy i którą wskaŜemy
sterownikowi, CMF_blad typu CMozliweBledy przechowującą wartość odpowiadającą błędowi oraz
CSBFMZainstalowany, której nadamy wartość True w przypadku, gdy w pamięci operacyjnej znajduje się kod
sterownika SBFM.

var

CMFStatus:byte;

CMF^blad:CMozliweBtedy;

CSBFMZainstalowany: boolesn;

Dalej następuje lista procedur i funkcji;

procedurę Cinic|alizu|SBFI\/1:

functian CNumerWersJfSBFM'wor'd;

procedurę CUstawBajtStatusowySBFM;

function CZaladujPlikCMF[spec:string3:pointer;

procedurę CLJstawlnst:rumenty[sC3rt:;painCer);

procedurę CNastawZegarSBFM[czest;wordJ;

procedurę CTranspozycjaUtworu(polt:word);

procedurę CZagr'ajCMF[g:pointeri;

procedurę CZakonczCMF;

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

procedurę CReseOJ)SBFM, procedurę CPauzaCMF;

procedurę CWznowCMF;

procedurę CZwolnijPamiecCMFtg pointer);

function CTytulCMF[g:poinCer):st:nng;

funccion CKompozytorCMF[g:poinCert:st;nng:

function CKomentarzCMF[g:pointer].string:

function COpisBledu:stnng;

implementation uses dos;

W cz

ęś

ci implementacyjnej biblioteki umie

ciłem definicj

typu rekordowego składaj

cego si

z pól

odpowiadaj

cych kolejnym polom nagłówka pliku zapisanego w formacie CMF. W zmiennej lnt_CMF

przechowamy numer przerwania, pod które „podczepił" si

sterownik.

Cype Naglowek=record

ldenCyf]kator:arr8yt0..3] ofchar;

Wersja :ward;

PolozJnstr :word;

PołóŜ Muz :word;

Cwiercnuta :ward;

Czestotliwosc.word;

PołóŜ Tytułu :word;

Poloz_Kompoz :word;

Poloz_Koment :word;

Tab_kanalow :array[0.,15] of chan;

InsCrumentow :word;

Podst_Tempa :word;

end;

lnt_CMF'byte;

CStaraProcWyjscia;pointer;

funcCiori lstnieje[Plik:string]:boolean;

var

f:file;

begin

assign[f,Plik);

{$1}

reseCCf);

closeCf];

{$!+}

ROZDZIAŁ 3

end;

procedurę Zarezerwuj pamiectvar gdzie:poincer;ile:longint);

var

r:regisCers:

ilosc-word;

begin

ilosc:=(i)e+15]shr4;

rah:=$48:

rbx:=ilosc,

MsDosEr);

if tr,bx<>ilosc) then CMF_blad:=CI\/laloPamiecl

else begin

CMF_bl6d:=COk;

gdzie:=pt:r[r.ax,G) end end;

procedurę Zwolnij_pamiactgdziB:poinCer];

var rregisters;

begin

nah:=a49;

nes^segtgdzie^);

msdos(r);

if (nax=7)oKrax=9) then CMF_b!ad:=CBiadZwalniania end;

Procedura CInicjalizujSBFM spełnia kluczową rolę - odnajduje przerwanie, którego obsługę przejął sterownik i
reinicjalizuje go oraz modyfikuje wartości zmiennych CSBFMZainstalowany oraz CMF_blad.

procedur

ClnicjalizujSBFM;

function Jest_sygnatura[p:point:er):boolean;

typeSign=arrayt0..41 ofchar;

const Znak:Sign='FMDRV';

begin

Jest_sygnatura:=[Sign[p^)=Znald end,

var

begin

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

CSBFMZainstalowany: =false;

prze rwanie: =$7F;

repeat

inctprzerwanie);

getintyectprze rwanie,wska

niki;

wskaznik:==pC^'^segtwskaznil^

),$103);

unci!

[Jest sygnatura[wskaznik]]or[przBrwanie=$CO),

if Jest^sygnaturaCwskaznikJ

then

l^t_CMF:

=p^zerwanie else

CMF^blad:=CNielnstalowany;

if przerwanie^ICO then exit;

CSBFMZainstalowany: =t:rue;

rej.bx:=B;

intr[lnt_CMF,rei);

If rej. ax<>0 then begin

CMF_blad;==CAktywnyUtwor;

exit end

else CMF blad:=COk

end;

Dalej następują definicje: funkcji zwracającej daną typu Word opisującą numer wersji sterownika i procedury
CUstawBajtStatusowySB-FM wskazującej sterownikowi adres zmiennej CMFStatus.

function CNumerWersJiSBFM:word;

vap rej:register's;

begin

rej.bx:=0,

intrCInt^CMP.rej);

CNumerWersjiSBFM:=rei.ax end;

procedurę CUstawBaJtStatusowySBFM;

yar rej:register-s;

begin

re).bx:=1;

rel.dx:=seg[CMFSCatusl;

rej.ax:=ofs(CMFScatus):

incr[lnt_CMF,re|) end;

ROZDZIAŁ 3

Funkcja ładowania pliku allokuje odpowiedni obszar pami

ci operacyjnej, sprawdza, czy nagłówek pliku

rozpoczyna si

od ci

gu „CTMF" oraz ładuje jego zawarto

ść

do zarezerwowanego obszaru i zwraca wskazanie

na jego pocz

tek.

function CZaladuJPIikCMF[spec,str'ing3:poinCer:

var

f:file, rozmiar^phku, bloków, wynik:word:

wsk,mie)sce:point:er, ident:stnng[4]:

begin

if not(lstme|e(5pec)] then begin

CMF_blad;=CBrakP!ikuCMF;

exit end;

assigntf.spec);

resECtf,

!];

idenria];=^4:

blockreadtf,ident[13,4):

seektf.O];

ifident<>'CTMF' Chen begin

closetfl;

CMF_Blad:=CZIyNaglowek;

exit end:

rozmiarJ3liku:=filesize(f);

Zarezerwuj_pamiecEwsk,rozmiar pliku);

ifCMF_blad<>COkthen begin

closetfł:

exit end, blokow:=0;

repeat miejsce: =Pt^[seg(w5k^)+blokow

4a96,of5[wsk^)];

blockread(f,miejsce^,$FFFF,wynik]:

lnc(Blokow3 uncii wynik=0:

ciosek;

CZaladuJPIikCMF:=wsk;

CMF_blad:-COk end;

Procedura CUstawInstrumenty wymaga jednego parametru - wskazania na początek nagłówka pliku. Jej działanie
polega na spraw-

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

dzeniu, czy ilość instrumentów zadeklarowana w bloku nagłówka pliku nie przekracza 128 i jeśli ten warunek
zostanie spełniony, wywołaniu funkcji 2 sterownika z odpowiednimi parametrami.
Z kolei procedura CNastawZegarSBFM słuŜy do określania, jaką częstotliwość zegara Timer O ma ustalić na
czas odtwarzania muzyki sterownik. Im częstotliwość większa, tym większe tempo odtwarzania. Procedura
CTranspozycjaUtworu umoŜliwia zmianę tonacji utworu zgodnie z parametrem.

procedur

CUstawInsCrumentytsCartipoincer);

var

rej.registers;

begin

if Nag!owek[start^).lnst;rumentow>1 28

then begin

CMF_9lsd:=CZaDuzolnstr;

exic end;

rej.bx:=2:

rej. CK^NaglowekCstart;^), Instrumentów;

rej.dK^segCEtart^l;

rej. ax:=ofs(start

)+ Naglowektstart '

3, PolozJnstr;

intr[lnt_CMF,rej) end;

procedurę CNastawZegarSBFM[czest:word);

var

rej:registers;

begin

r'ej.bx:=4;

rei.ax:=1ia31BQdiv czest;

intr[lnt_CMF,rejl end;

procedurę CTranspozycjaUtworutpolt;word);

var

rej':registers;

begin

ref.bx;=5;

re).bx:=polt:;

inCrEfnt_CMF,rej) end:

Procedura CZagrajCMF rozpoczyna odtwarzanie wskazywanego przez wartość parametru g pliku. Wpierw
informuje sterownik, na

ROZDZIAŁ 3

jaką częstotliwość ustawić powinien zegar systemowy, potem wskazuje mu tablicę instrumentów, na koniec wywołuje
funkcję odtwarzania (nr 6).

procedurę CZagr8|CMFCg:pointer);

var

rej:registers;

begin

CNastawZegarSBFM[IMaglowek(g^l. Częstotliwość);

CUstawhstrumentytg),

ifCMF_blad<>COkthen exit;

rej,bx;=6:

rej.d^segtg'"

);

rej. ax: =ofs[g

] + Nagtowektg ^). Poloz_muz;

intr'tlnt_CMF,rej);

if rej,ax<>0 chen CMF_blad:=CAktywnyUtwor end;

Zdefiniowane dalej procedury CZakonczCMF, CResetujSBFM, CPau-zaCMF. CWznowCMF,
CZwolnijPamiecCMF słu

Ŝą

do sterowania prac

sterownika oraz do zwalniania pami

ci zajmowanej przez

plik.

procedurę CZakonczCMF:

var

rej:registers:

begin

rej.bx:=7;

intr(lnt_CMF,rej];

if rej.ax<>D Chen CMF_blad:=CNieGral end;

procedurę CResetujSBFM;

var

re|:regiscers;

begin

i re|'.bx:=B;

incrElnC_CMF,rej);

if re).ax<>0 then CMF_blad:=CAktywnyUtwor elseCMF blad:=COk

end:

procedurę CPauzaCMF;

v8r

rej:registers;

begin

reJ^^S;

mtr[lnC_CMF,pej);

ifrej.ax<>OchenCMF blad:=CNieGral

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

elseCMF blad^COk

end;

procedurę CWznowCMF:

var

rej^registers;

begin

rej.bx:=10;

intrtlnt_CMF.re)];

if rej.ax<>0 then CMF_blad:=CNieGrai

efseCMF_blad:=COk end:

procedurę CZwolniJPamiecCMFtg:pointer];

begin

Zwolnij_pamiectg) end;

Budowa trzech zdefiniowanych poni

ej funkcji jest podobna - działanie wszystkich polega na

odnajdowaniu (na podstawie warto

ci przechowywanych w bloku nagłówka pliku) danych

dotycz

cych tytutu i kompozytora utworu oraz uwag jego dotycz

cych.

function CTytulCMF[g'pointer):string;

var

rob:string;

iicz:byte:

pol_t_s,pol t a:word;

begin rob:=";

^fNaglowek[g

).Po!oz_tytulu>0 Chen begin

po!_t_s;=segEg^];

po!_t_o:=ofstg

);

poi t_o:=pol t o+Nagiowektg^l.PolozJiytulu;

liczbo;

repeat rób: ^rob+chKMemEpol^s:?^^^^-licz]];

inctlicz)

until

chr(Mem[pol_c_s:polJ_o+licz]]=#0 end;

CTytu!CMF;=rob

end;

funccion CKompozytorCMF[g:poincer):stnng;

var

rob:string;

ROZDZIAŁ 3

licz:byte;

pol_k_s,pol_k_o:word:

begin rob:=",

if Naglowektg^). Połó

kompoz>Q Chen begin

polJ^s^segCg"];

pol_k_o:=ofs[g^);

po^kJa^pol^o+Naglowektg^J.Poloz^kompoz;

iicz;=a;

repeat rób: = rób+chr[Mem[pol^k_s:pol_k_o+licz]);

incUicz] until

chr[Mem[pol k^s:pol_k_o+licz])=^0 end;

CKompazytorCMF:^r'ob end.

function CKomentarzCMF[g:pointer):string;

var

rob:string;

licz:byte;

pol_k_s,po!_k_o:wor'd;

begin rob:=";

if Naglowektg ^ l. Po!oz_koment>0 then begin

pol_k_s;=seg(g^];

pol_k_o:

ofs[g

);

P^KJ^P

^^^^

^^^'^

^' licz:=0;

repeat rób; =rob+chr[Mem[pol_k_s:pol^o^ licz]];

incdicz] until

chriMemtpol k_s:pol_k_o+licz]]=^0 end;

CKomentarzCMF^^rob end;

Funkcja COpisBIedu zwraca ciąg znakowy opisujący błąd, jaki wy stąpił. Procedura_wyjscia_CMF to procedura,
którą „podczepiamy' pod łańcuch procedur wyjścia naszego programu.

funcCion COpi5BlEdu:string;

begin caseCMF_bladof

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

COk

:CopisBledu:='Ok ;

CMaloPamieci

•CopisBledu:='Blad allokacji pamięci':

CBIadZwalniania

:CopisBledu;='Btad zwalniania pamięci', CNieInstalowany

.CopisBledu:='Brak sterownika SBFM':

CBrakPIikuCMF

:CopisBledu:='Brak wskazanego pliku';

CZłyNaglowek

•CopisBledu:='Zty nagłówek pliku';

CZaDuzoInstr

:CopisBledu.='Za duŜo Irscrumentów';

CAktywnyLJtwor

:CopisB!edu:='SBFM odtwarza utwór', CNieGral

:CopisBledu:='Ucwór nie jest odtwarzany';

CNieByloPauzy

•CopisBledu:='Ucwór nie byt zatrzymany' end end,

{$F-} procedurę Procedur'a^wyiscia_CMF,

begin

if CSBFMZainstalowany Chen begin

CZakonczCMF;

CResetujSBFM end;

ExiCProc:=CStar'aProcWy!scia end;

{$F-}

begin

CStaraProcWyjscia:=ExitProc;

ExitProc:=@Procedura_wyjscia_CMF;

ClnicjalizuiSBFM;

CMFStatus:=0;

ifCMF_blad=COkthen

CUsCawBajtStaCusowySBFM end,

3.4 PRZYKŁADY

Na koniec chciałbym przedstawić przykładowy program wykorzystujący przedstawioną w poprzednim
rozdziale bibliotekę. Działanie

ROZDZIAŁ 3

programu polega na odtwarzaniu wskazanego przy wywołaniu pliku CMF. Podczas odtwarzania moŜliwe Jest
zatrzymanie/wznowienie gry. Program, przed rozpoczęciem odtwarzania, wyświetla na ekranie odczytane z pliku: tytuł utworu,
nazwisko kompozytora i komentarze. program GrajCMF:

{$M 15000,0,50000} uses cmf.crt;
procedur

Jesli_b!ad_to_koniec;

begin

ifCMFJiladoCOk then begin

writeCBL

D: •i;

wriceIntCOpisBIedu);

halt end end;

var Muzyka:pointer;

Pauza:boolean;

ch:char:

begin

if paramcount<1 then begin

writeInCLJ

ycie: GRAJCMF plik'];

writelnC plik-plik w formacie CMF'];

hatt

end;

Jesli_blad_toJ(omec;

Muzyka:=C2aladuiPiikCMF(parBmstr(1l];

Jesli_blad_CoJ(oniec, Pauza: =false;

writeln['Tytuł : ',CTyt:ulCMF[Muzyka]]:

wntelnC Kompozytor: '.CKompozytorCMFtMuzyka)):

writeInCUwagi : '.CKomenCarzCMFCMuzyka]];

writein;

writeInfOdtwarzam...'];

writeInCSPACJA- Pauza/Kontynuacja ESC - Koniec');

white keypressed do ch:=readkey;

CZagrajCMF[Muzyka);

Jesli_blad_CG_koniec;

repeat ch:=#0;

OBSŁUGA PUKÓW CMF

i keypressed then ch: =readkey;

ifch=#32then

case Pauza of false begin

CPauzaCMF;

Pauza: =l;rue end;

Crue: begin

CWznowCMF;

i'auza:=false

end

end;

untii (CMFStatus=01ortch=#27);

if ch=#27 Chen CZakonczCMF;

CZwolnijPamiecCMFtMuzykal

end.

Drugi przykład to program odtwarzający muzykę z pliku włączonego do jego kodu na etapie konsolidacji.
Taka metoda „udźwiękowiania" swoich programów jest, jak się wydaje, dosyć wygodna - nie musimy
troszczyć się o obsługę błędów związanych z odczytem pliku i identyfikacją jego struktury. Ponadto, pliki
zapisane w formacie CMF mają z reguły niewielką objętość - nie będzie więc zbytnią rozrzutnością (pamięć
operacyjna O połączenie ich z kodem programu. program Muzyk;

use5cmf,crt;

{SLdoodle.obj} procedurę doodle; excernal;

var ch:char;

begin

ifCMF_bladoCOkthen begin

wriceln(COpisBledu);

halt end;

CZagrajCMF[@doodle);

repeat

untii [CMFStatus=u)or*tkeypressed):

if keypressed then ch;=readkey;

CZakonczCMF

end.

ROZDZIAŁ 3

Prawdziwe pole do popisu autorom gier i programów rozrywkowych daje jednak dopiero mo

liwo

ść

jednoczesnego

odtwarzania muzyki z plików CMF oraz próbek d

kowych zapisanych w formacie VOC. Poni

ej przytaczam

przykład prostego programu odtwarzaj

cego muzyk

i, po wykryciu wci

cia klawisza spacji, zawarto

ść

pliku

STRZAL.VOC. program Mix;

{$M 15000.0,50000} uses voc,cmf,crt;

var

muzyka:poincer, { wskazanie na początek pliku CMF }

adglas:pointer: {wskazanie na VOC }

ch:char;

procedurę CzyBlad;

begir

ifVOC_blsd<>VClkchen

begin

wr(Celn[VOpisBledu);

halt

end;

ifCMF_blad<>COkthen

begin

writeIntCOpisBIedu],

halt

end end;

procedurę Wystrzał;

begin

VOdtworzVOC(Odgtos3:

repeaC untii \/OCStatus=0 end;

begin

CzyBlad;

VinicjujSterowniktO,0]: {wczytanie CT-VOICE } CzyBlad:

VOdczytajPlikVOC[Odglos,'STRZALVOC')i CzyBlad;

Muzyka:=CZaiadujPlikCMF('BADMAN.CMF'];

CzyBtad;

wricein;

wnteInCSPACJA- Wystrzał, ESC-Koniec');

OBSŁUGA PLIKÓW CMF

rozpoczęcie odtwarzania muzyki

wnteln.

CZagrajCMFtMuzyka): { repeat cn:=#0;

if keypressedthen ch:==readkey;

ifch=#32then Wystrzał

untii [CMFSCatus=0)orCch=#27]

if ch=#27 then CZakonczCMF:

CResetujSBFM;

VZwolnijPamtec[Odglos];

CZwolnijPamiecCMFtMuzyka]

end.

PROGRAMOWANIE OSP

ROZDZIAŁ 3

4. PROGRAMOWANIE DSP

Rozdział po

cony Jest zagadnieniom zwi

zanym z

programowaniem układu DSP. Mimo

e dostarczane z kart

sterowniki zawieraj

procedury komunikacji z kart

, bezpo

rednie

programowanie układu DSP daje nam znacznie wi

ksze

liwo

ci. Przede wszystkim jednak, si

gaj

c „w gł

b" karty nie

jeste

my ju

zmuszeni do korzystania z formatu VOC przy

odtwarzaniu plików d

kowych oraz np. mo

emy zaprogramowa

własn

obsług

zł

cza MIDI. Zreszt

programowanie DSP nie jest

wcale trudne - a o funkcjonalno

ci tej metody oprogramowywania

efektów d

kowych

wiadczy

e fakt,

e relatywnie mało gier

(czyt. prawie

adna) korzysta z firmowych sterowników.

4.1 ZASADY OBSŁUGI DSP

Z układem DSP komunikujemy si

za pomoc

czterech portów

wej

cia/wyj

cia. Adres bazowy (wzgl

dem którego liczymy adresy

dego z nich) jest ustawiany za pomoc

zworek na karcie (jako

220h lub 240h dla karty Sound Blaster 2.0 i jako 210h, 220h, 230h,
240h. 250h, 260h dla kart w wersji l.x). Domy

lna warto

ść

tego

adresu to 220h.

ROZDZIAŁ 4

eli x oznacza

dzie warto

ść

wynikaj

z wyboru u

ytkownika (2,4 lub 1,2,3,4,5,6), to adresy 4 portów DSP

wynosz

• port zerowania układu (wyjściowy): 2x6h
• port odczytu danych (wejściowy): 2xAh

port zapisu komendy DSP lub danej oraz odczytu statusu wej

ciowego (czy mo

liwy jest zapis) układu: 2xCh

• port gotowo

ci danych (wej

ciowy): 2xEh Dodatkowo do pełnej komunikacji z kart

we wszystkich trybach

potrzebna jest znajomo

ść

numeru linii, na której zgłaszany jest koniec transmisji DM

oraz wykorzystywany na ni

kanał. Numer u

ywanej przez Sound Blaster linii ustawiamy dokonuj

c zwarcia (rozwarcia) odpowiednich zworek

na karcie. Domy

warto

jest 7 (przerwanie IRQ7). Standardowo karla SB wykorzystuje do transmisji kanał l

W zasadzie do pracy z kartą potrzebna Jest moŜliwość wykonania trzech podstawowych operacji: zerowania układu,
zapisu danej (lub rozkazu), odczytu danej.

Zerowanie DSP

Zerowanie DSP nale

y przeprowadzi

jednorazowo przed rozpocz

ciem programowania karty. Proces zerowania

polega na inicjaliza-cji układu oraz wprowadzeniu go w stan oczekiwania rozkazów. Oto algorytm, według
jakiego działa

powinna procedura zeruj

ca DSP:

1. Zapis bajlu o warto

ci l do portu zerowania (adres 2x6h).

2. Oczekiwanie przez ok. 3 ms.
3. Zapis bajlu o warto

ci O do portu zerowania (adres 2x6h).

4. Powtarzane cyklicznie ok. 100 razy odczyty z portu odczytu danych (2xAh) i oczekiwanie, a

odebrany bajt b

dzie

miał warto

ść

OAAh.

eli po upływie pewnego czasu (ok. 100 ms) układ DSP nie wy

le w odpowiedzi bajtu o warto

ci OAAh, zerowanie

uzna

na za nie udane.

Zapis do DSP

liwo

ść

wysłania danej lub komendy do układu DSP jest niezb

dna przy jego programowaniu. Do zapisu jest

ywany port 2xCh. Przed prób

wpisu musimy jednak sprawdzi

, czy DSP jest gotów do odebrania danych - w tym

celu badamy stan najbardziej znacz

PROGRAMOWANIE DSP

cego bitu z bajtu odczytanego z tego samego portu. Je

li b

dzie on wyzerowany, mo

emy wysła

komend

(dan

). Procedura wpisu powinna wygl

nast

puj

co:

l- Odczyt bajtu statusowego z portu 2xCh.

2. Je

li najbardziej znacz

cy bit odczytanego bajtu jest ustawiony, powrót do poprzedniego punktu.

3. Zapis danej lub komendy do portu 2xCh.

Odczyt z DSP

Odczyt bajtu z DSP realizujemy korzystaj

c z portu 2xAh. Bezpo

rednio przed odczytem nale

y sprawdzi

, czy

jest ustawiony najstarszy bit bajlu odczytanego z portu gotowo

ci danych (2xEh). Algorytm, wg którego

powinna działa

procedura odczytu z DSP, wygl

da nast

puj

co:

1. Odczyt bajtu z portu gotowo

ci danych (2xEh).

2. Je

li najstarszy bil odczytanego bajtu jest wyzerowany, powrót do poprzedniego punktu.

3. Odczyt danej z portu 2xAh.

Obsługa przerwania DSP

Układ DSP generuje przerwanie sprzętowe (numer ustawiamy przy instalacji karty, domyślnie IRQ 7) przy
realizacji:

• zapisu dźwięku z przetwornika A/C w trybie DMĄ

•   odczytu dźwięku z przetwornika C/A w trybie DMĄ
•   odczytu danych ze złącza MIDI w trybie przerwań Podczas tworzenia procedury obsługi tego przerwania
naleŜy pamiętać o kilku rzeczach:
•   Przyjęcie przerwania naleŜy potwierdzić (tzn. poinformować DSP, Ŝe przejęliśmy jego obsługę).
Realizujemy to odczytując jednorazowo daną jednobajtową z portu gotowości danych (2xEh). Wartość
odczytanego bajtu nie jest istotna.
•   Po potwierdzeniu przerwania, w przypadku, kiedy procedura powinna odebrać daną bajtową (odczyt MIDI
w trybie przerwań), odczytujemy ją z portu 2xAh.
•   Procedura obsługi przerwania powinna kończyć się wysłaniem sygnału końca (End Of Interrupt) do układu
kontrolera przerwań 8259. Realizujemy to wysyłając bajt o wartości 20h do portu 20h.

ROZDZIAŁ 4

4.2 TRYB BEZPOŚREDNI

Wymiana danych z układem DSP moŜe odbywać się w dwóch trybach: bezpośrednim i DMĄ. Programowanie
odtwarzania (zapisu) dźwięku w trybie bezpośrednim jest bardzo proste, ale nie pozbawione wad. Na czym
polega? OtóŜ w trybie bezpośrednim o odbiór i zapis wszystkich danych z i do układu DSP troszczyć się musi nasz
program. Oznacza to, Ŝe w obu przypadkach jesteśmy zmuszeni do ciągłego, cyklicznie i w równym tempie
wykonywanego wysyłania lub odbioru danych. Dobrym rozwiązaniem (jeśli chodzi o zachowanie równej na
róŜnych komputerach prędkości) jest zaprzęgnięcie do pracy obsługi przerwania zegarowego. Jakkolwiek byśmy
jednak nie postąpili, w trybie bezpośrednim ciągła komunikacja z kartą Sound Blaster oznaczać moŜe
spowolnienie działania programu. Poza tym w trybie bezpośrednim nie jest moŜliwe odtwarzanie danych
skompresowanych.
Do komunikacji z DSP najlepiej przygotować sobie zestaw najbardziej podstawowych procedur. PoniŜej
przedstawiam tekst biblioteki przygotowanej dla kompilatorów Turbo Pascal. Zawarte w niej funkcje/procedury
umoŜliwiają zerowanie DSP, wysłanie i odczyt danej z DSP, włączenie i wyłączenie układu DAĆ oraz odczyt i
zapis bajlu do konwertera DAĆ. Deklarowane w bibliotece zmienne globalne są modyfikowane w części
wykonawczej modułu. W części wykonawczej Czytelnik moŜe teŜ zauwaŜyć pętlę Repeat-UntiI. Ta część kodu
biblioteki będzie odpowiedzialna za wykrycie obecności karty dźwiękowej i odpowienią modyfikację wartości
zmiennej BaseAddr. Wykrycie Sound Blasler'a jest tu realizowane przez powtarzaną, za kaŜdym razem dla innego
adresu bazowego, próbę zerowania układu DSP. Dla adresu prawidłowego próba powinna się powieść i moŜna
przyjąć obecność karty. W przypadku, jeśli badany adres przekroczy 260h uznajemy, Ŝe karta nie jest
zainstalowana w systemie i zmiennej SBInstalled nadajemy wartość False.

unit DSPDir;

{ biblioteka procedur/funkcji bezpośredniego dostępu } { do uktadu DSP kart SB -tryb Direct}

interface

vsr

BaseAddrword; { adres portu bazowego } ResetPort,ReadDataPort,WriteDataPort,
WriceStatusPorC.DataAYailPorfword;

PROGRAMOWANIE DSP

SBInsCalled:bodean, {czySB ;esc zainstalowany}

funccion aSPReset:boolean;

funccion DSPRead:byte;

procedurę DSPWnte[n:byte);

funccion ADCByte:byte;

procedurę DACByte(n:byte);

procedurę TumDACOn;

procedurę TumDACOff;

implementation {cz

ęść

implementacyjna}

{resec układu DSP} { odczyt ba|Cu z DSP } {zapis danej/rozkazu} {odczyt bajtu z ADC} { zapis do DAĆ } {włącznie DAĆ} {wyłączenie DAĆ}

funccion DSPReset:boole3n;

van:byte;

begin

{uwaga ; w procedura nie korzysta ze zmiennych } {opisujących adresy poszczególnych portów DSP,} { poniewaŜ nie mają one jeszcze
ustalonej wartości} porttBaseAddr+$5l:=1;

for i: =3 downco O do; { opóźnienie} porttBaseAddr+$61:=0;

repeat incCi] until(port[BaseAddr+$E]and12B = 12B3ar(i"100);

ifi=1DOthenDSPReset:=false

else DSPReset:=[portEBaseAddr+$A3=$AA) {funkcja zwraca wartość TRUE gdy zerowanie OSP} {przebiegło pomyślnie} end;

function DSPRead:byte;

begin

repeat

untii tport[DataAvailPort] and 128 = 128);

DSPRead: =port[ReadDataPort] end;

procedur

DSPWritetn;byte];

begin

repeat

untii (popttWriteStatusPort] and 128 = 03;

port[WriteDataPort]:=n end;

function ADCByte:byte;

begin

repeat

ROZDZIAŁ 4

PROGRAMOWANIE DSP

uncil [port[Wrn:eScatusPort] snd 128 = 0);

port[WnteDataPort]:=$20:

repeac:

unt-i! [port[DataAvailPort] and 128 = 128];

ADCByte: ^portIReadDataPortl

end,

procedur

DACByte[n:byte);

begin

repeat;

uncil tporttWnteStatusPort] and 128 = 0];

port[WriteDataPcrt]:=$10,

repeat

untii [pordWnteStatusPcrt] ard 128 = 0];

port[WnteDataPort];=n end;

procedur

TurnDACOn;

begin

repeat untii [porcEWnteSCatJsPort] and 128 = 03:

porctWriteDataPortl: =$01 end;

procedur

TurnDACOff;

begin

repeat

uncil (porttWriteStatusPortl and 126 = O],

port[Writ;eDataPortl;=$D3 end,

begin

{wpierw odszukamy SB próbując zerować DSP przez }

{porty 2x0h}

BaseAddr:=$20D;

repeaC

inc(BaseAddr,$103;

untii [Ba5eAdd^=$2B01o^EQSPI

leset:]:

if BaseAddr=$280 then SBInstalled: =false elseSBInstalled:=true;

{teraz następuje nadanie odpowiednich wartości}

{ kolejnym zmiennym }

ResetPort:=BaseAddr+$6;

ReadDataPort:=BaseAddr+$A;

WriteDataPort;=BaseAddr+$C;

WriteStatusPor't:=BaseAddr+$C;

DacaAvailPort:=BaseAddr+$E end, {koniec}

Wykorzystanie biblioteki jest bardzo proste. PoniŜej przedstawiam przykładowy program pozwalający zorientować
się w zasadach uŜywania zawartych w niej funkcji. Program jest bardzo prosty, ale ilustruje metodę uzyskiwania
obrazów fali podawanej na wejście mikrofonowe. Działanie programu jest zbliŜone do działania oscyloskopu - na
ekranie obserwujemy przebieg fali w pewnym stałym okresie. Rysunek jest cyklicznie uaktualniany z szybkością
wynikającą z moŜliwości komputera i szybkości układu DSP (w chwili, gdy prędkość wykonywania poszczególnych
operacji jest odpowiedni wysoka, „wąskim gardłem" staje się tempo odczytu z DSP). Program działa w trybie
graficznym 13h kart VGA (320x200, bajt na punkt). program Oscyloskop;

uses DSPDir.crt:

const

var

ScreenBase;word=$AOOO;

x:word;

ch:char;

procedurę Set320x200Mode;

{ ustaw tryb ekranowy VGA 13h } assembler;

asm

end;

movax,$0013 int$10

procedurę DrawLine[x:word;n:byte);

{ narysowanie „słupka" ilustrującego chwilowy poziom } { sygnału podawanego z wejścia mikrofonowego } var y:byte;

begin

y:=100+t(n-127) div2]; { obliczmy współrzędna }

MemtScr-eenBase^D^y+Kl: =10 end,

procedurę Clear;

{wyczyszczenie roboczej części ekranu}

begin

FillChartMem[ScreenBase:11200],41600,03 end;

ROZDZIAŁ 4

begn

Direct:Video:=false,

{ znaki stawiamy korzystając z usfug systemowych }

ifnotSBInstałled then

begin

wnteInCBrak karty Sound Blaster');

haft end, TurnDACOff;

{wyłączenie DAĆ} Sec320x200Mode;

CexCcolorCLight:Red);

write['OSCYLOSKOP']:

gotoxy(1,24];

wriCeCEsc-koniec'];

x:-0;

repeat ifx<319then incbdelse

begin

clear:

x:=0

end;

DrawLine[x,ADCByte);

untii keypressed;

{ powtarzaj, dopóki ktoś nie wciśnie klawisza } if keypressed Chen ch:=readkey;

textmode(lsst:mode)

end.

Wspomniałem, Ŝe w celu zapewnienia równomiernej w czasie prędkości przesyłania danych, wykorzystać moŜemy
przerwanie zegarowe. OtóŜ w komputerach PC znajduje się układ 8253 lub 8254 o trzech kanałach wyjściowych:

• Kanał O - u

ywany do zliczania czasu. Podczas startu komputera procedury zawarte w BIOS

programuj

układ zegarowy, tak by wysyłał tym kanałem sygnał 18.2 razy w ci

gu ka

dej sekundy.

• Kanał l - u

ywany przy od

wie

aniu RAM,

• Kanał 2 - u

ywany przy kontroli gło

niczka komputera. Dla nas najistotniejszy jest kanał O, gdy

jest on

bezpo

rednio sprz

ęŜ

ony z wej

ciem kontrolera przerwa

, który, ka

dorazowo po pojawieniu si

sygnału,

wywołuje przerwanie 8h. Okazuje si

e cz

stotliwo

ść

, z jak

8253(4) powoduje przerwanie, mo

zmieni

. Wystarczy bowiem zmodyfikowa

warto

ść

16-bitowego dzielnika cz

PROGRAMOWANfE OSP

stotliwo

ci układu dla kanału 0. Warto

ść

, któr

standardowo inicja-lizowany jest dzielnik, wynosi FFFFh.

Dlatego cz

stotliwo

ść

wyj

ciowa wynosi pocz

tkowo ok. 18 Hz (cz

st. wej

ciowa równa 1.19318 MHz

podzielona przez 65535 daje 18.207 Hz).

Do zaprogramowania generatora związanego z kanałem O potrzebne jest jeszcze kilka informacji. Myślę, Ŝe
najprościej będzie, gdy przedstawię schemat, wg jakiego powinna działać procedura zmieniająca procedurę
obsługi przerwania 8h i zmieniająca częstotliwość generatora 0:

1. Zapamiętujemy wektor przerwania 8h.
2. Zabraniamy wykonywania przerwania IRQO (ustawiamy bit O w bajcie odczytanym z portu 21h i tak

zmienioną wartość wysyłamy z powrotem przez port 21h do kontrolera przerwań).

3. Zmieniamy wektor 8h tak, by wskazywał na naszą procedurę.
4. Do portu o adresie 43h (rejestr sterujący) wysyłamy rozkaz o kodzie 36h. Dla pełnej jasności podam

znaczenie poszczególnych bitów rozkazu:

bity 7-6 - wybór kanału (dla kanału O oba bity wyzerowane) bity 5-4 - rodzaj operacji, jaką ma

wykonać układ (zapis lub odczyt obydwu bajtów dzielnika - oba bity ustawione)

bily 3-1 - tryb pracy (tu trzeci: bity Oli) bit O - sposób odliczania (dla zliczania w kodzie binarnym od

FFFFh do O bit powinien być wyzerowany).

5. Do portu 40h wysyłamy kolejno wpierw młodszy, później starszy bajt licznika. Wartość licznika wyliczyć

moŜemy korzystając z zaleŜności:

L == 1193180 l częstotliwość

6. Zezwalamy na wykonywanie przerwania IRQO (zerujemy bit O bajtu odczytanego z portu 21h i tak

zmienioną wysyłamy z powrotem do kontrolera przerwań). Dla pełnej jasności przytoczę tekst źródłowy
programu odtwarzającego wskazany parametrem plik dźwiękowy wykorzystując przerwanie 8h. Program jest
bardzo prosty - nie rozpoznaje formatu odczytywanego pliku, a częstotliwość odtwarzania przyjęta została
jako 8000 Hz. Rozmiar pliku, którego zawartość ma być odtworzona, ograniczona jest wielkością dostępnej
pamięci operacyjnej.

program PlayBIN,

{SM 15000.0,50000}

uses DSPDindos.crt;

var

Spec:string, { specyfikacja pliku z danymi} F-file;

Segment,SegBuf,afsBuf,Blocks,Res:word:

Counc,Len:longint;

{licznik i zmienna przechowująca długość pliku } Old6h:painter;

{ wskazanie na dawna procedurę obsługi przerwania } ch:char;

{$F+}

procedurę SendDneByte; {wysyła bajt do DAĆ }

interrupt;

begin

ifCounC<=Lenthen

{jeśli jeszcze nie cały plik } begin ifOfsBuf=$10then begin IncCSegBuf);

OfsBuf:=0 end:

DACByte(MemESegBuf:OfsBuf]);

incECount);

incEOfsBuf) end;

port[$20]:=$20{EO!} end;

{$F-}

procedur

AllacateMem[parag:word);

{aibkacja zadanej parametrem liczby paragrafów}

assembler,

as m

movbx,parag

movah,$48

int$21

cmp bx,parag

je @koniec

xorax,ax @koniec: movSegBuf,ax

movOfsBuf,Q

ROZDZIAŁ 4

PROGRAMOWANIE OSP

end:

procedurę FreeBuf;

{ zwolnienie pamięci przydzielonej plikowi} assembler:

as m

movah,$49

mov es,Segment:

int21h end;

procedurę SecIntrRoutme:

{ zaprogramowanie Timer'a i ustawienie wektora 8h } begin

getinCvec[$a,01d6h3;

porHSSIh-port^l ] or $01;

setintvect$8,@SendOneByte),

port[$431i=$36;

porc[$40];=lot1193180divBOOO);

porc[$4ai:-hi[11931BOdivB0003;

port;l$21]:=port;[$21]and$FE end;

procedurę ScopPlaying;

{ przeprogramowanie Timer'a i przywrócenie } { pierwotnej wartości wektorowi
przerwania } begin

port[$21]:=port[$21] or $01;

portt$43]:=$36;

port^O^O;

port[$40];=0;

setintvect$6,QldBh);

por'c[$21l:=portt$21] and $FE end;

begin

ifnotSBInstaIlsdthen

begin

writeln['Sound Blaster nie zainstalowany!'];

halt end;

if paramcount^D then begin

writefPlik, który mann odtworzy

: '];

readIntSpec];

ifSpec="then halt end slse
Spec:=paramstr[1];

ROZDZIAŁ 4

355 ignIF; Sp

{$!-}

resettF),

{$!+}

iflOResultodthen

begin

writeirCBrak wskazanego pliku !'];

hale

end;

reset[F,1];

Len:=filesize[R;

AtlocateMemCtLen+15] shr4);

ifSegBuf=Ochen

begin

wriCeInCBtad allokacji pami

ci!');

halt

end;

Segment::=SegBuf;

Blocks:=0;

repeat eiockReadEF,Mem[SegBuf+BlockEMD96;OfsBuf],$FFFF.Res];

inc(B!ocks3 untii Fles=0;

close(F);

TurnDacOn;

SeCinCrRoutine;

Count:=0;

writeInCOdtwarzam (cz

stotliwo

ść

8 kHz)...');

repeat

untii [Count=Len]or(keypressed);

ifkeypressedthen ch:=readkey:

StopPlaying;

FreeBuf

end,

Na koniec przedstawię jeszcze jeden program. Jego zadanie to odtwarzanie zapisanego wcześniej dźwięku w
ustalanym przez uŜytkownika tempie. Program jest bardzo prosty - szybkość jego działania zaleŜy od prędkości
komputera, na jakim go uruchomimy. Przy szybkiej maszynie moŜe się więc okazać, Ŝe zakres zmian opóźnienia przy
odtwarzaniu jest zbyt mały. Komunikacja z kartą odbywa się w trybie bezpośrednim (w programie korzystam z
przedstawionej wcześniej biblioteki). Zasady zabawy są następujące: klawisze kursora - zmiana prędkości
odtwarzania dźwięku, klawisz ESC -zakończenie pracy. Zapisu dźwięku dokonujemy przy wciśniętym klawiszu Shifl
(w momencie zwolnienia klawisza program rozpocz-

PROGRAMOWANIE DSP

nie wysyłanie kolejnych bajtów próbki do przetwornika cyfrowo-analogowego). Program nie jest
bardzo u

yteczny, ale jego samodzielna analiza z pewno

pomo

e w zrozumieniu zasad

programowania operacji zapisu (odtwarzania) d

ku w trybie bezpo

rednim DSP.

{$tvn5oaG,o,5aoou}

program Zabawa;

uses

var

Councer,SegBuf,OfsBuf:Word;

i,Mernory:Longint;

j,Loop:Byte;

ch:char;

procedurę Allocat;eMem[parag:ward);

{ allokacja zadanej parmetrem liczby paragrafów } assembler;

as m

mov bx,parag

movah,$46

int$21

cmp bx,panag

je (©koniec

xor ax,ax <§>koniec: mov SegButax

mov OfsBuf.O end;

procedurę FreeBuf;

{ zwolnienie przydzielonej pamięci} assembler:

as m

movah,$49

moves,SegBuf

int21h

end;

funcCion ShifcPressed:Boolean;

{ wciśnięty klawisz Shift} begin

ShiftPressed:=[Mem[0;$417] and 3] o O end;

ROZDZIAŁ 4

begin

{ reset DSP - przy okazji sprawdzimy obecno

ść

SB } ifnotdspreset then

begin

wncetnCSB nie zainstalowany');

hale {kamee gdy bł

d resetu }

end:

Memory:=600DG; { wielko

ść

bufora na zapis } AllocateMemtMemory shr 4 + 1); {rezerwujemy pami

ęć

} ifSegBuf=Ot;hen

begin

wntelnIZbyt mało pami

ci operacyjnej'];

hale { bł

d allokacji} end;

DirectVideo:=True;

cirscr:

Loop;=125; {zawo

ona warto

ść

opó

nienia} gDtoxyt40,3);

write^27,^26,' - Szybko

ść

odtwarzania ; '];

gotoxy[5,33;

write[");

gotaxyt6-[Loopdiv10),3];

writeE#2193;

gotaxy[70,3];

wntetLoop];

gotoxy[5,5];

writeCShift - zapis d

ku ');

gotoxy(5,S];

writeCEsc -koniec zabawy');

repeac ifShiftPressedchen

begin

TurnDacOff; {wył

czenie DA

}

Counter:=0; {wska

nik = O }

got;oxy[1,253;

TextAt;cr:=112;

wriCefZAPIS']:

repeac

Mem[SegBuf:Ofs3uf+CounCer]:=ADCByte;

{ pobranie bajtu z przetwornika } inctCounter] {inkrementacja wska

nika }

untii ECounter'=Memory]or[not[ShiftPressed]);

gotoxy[1,253;

TextAttr:=7;

write['ODTWARZAM'];

i:=0.

TumDACOn;

repeat

PROGRAMOWANIE DSP

forj:=0 to Loopdo, { opó

niamy)

DACByte[Mem[SegBuf:OfsBuf+i]]; { wysłanie do DA

incU)

until l>Counter,

got;oxy[1,25];

wntet' ')

end:

ch:=#255;

if keypressed Chen ch' =readkey;

ifch=#0then ch:=readkey;

if [ch= #75)and(Loop>5] Chen dec[Loop,5];

if[ch=#77)and[Loop<245)chen inc[Loap,5):

if(cho#255]then

begin

gotoxy[5,33;

writet");

gotoxy[6+[Loopdiv 10),3);

write(#219];

gocoxy[70,3);

write(Loop:3]

end;

unt:ilch=#27;

TurnDacOff; { wył

cz DA

} FreeBuf {zwolnij pami

ęć

przydzielona na bufor) end.

4.3 Tryb DMĄ

Odtwarzanie i zapis próbek dźwiękowych w trybie bezpośredniej komunikacji z układem DSP z wielu
względów jest niepraktyczne. Po pierwsze, transmisja danych w trybie bezpośrednim w znacznym stopniu
absorbuje procesor. Po drugie, bardzo trudno jest zapewnić równomierną prędkość przesyłania danych.
Dlatego najlepszą drogą jest korzystanie z moŜliwości transmisji w trybie DMĄ - nie zabiera ona czasu
procesorowi i nie ma problemów z kontrolą jej prędkości (zajmuje się tym układ DSP). Poza tym, w trybie
DMĄ moŜliwy jest zapis i odtwarzanie skompresowanych przez DSP według trzech dostępnych schematów: 4-
bitowego (kompresja 2:1), 2.6-bitowego (kompresja 3:1) i 2-bitowego (4:1). W trybie bezpośrednim jest to
niemoŜliwe.
O Ŝądanej szybkości transmisji informujemy układ DSP, ustawiając odpowiednią wartość
jednobajtowego parametru TIME_CONSTANT

ROZDZIAŁ 4

za pomocą rozkazu 40h (patrz opis komend DSP). Reguła, według której ustalamy wartość zmiennej, jest
następująca:

TIME_CO^'STAN7'=256-1'OOOOOO/'częstotliwość próbkowania

Drugim parametrem jest długość przesyłanego bloku danych, opisywana przez wartość dwubajtowego parametru
DATA_LENGTH. Jego wartość ustawiamy uŜywając komendy ł4h. NaleŜy pamiętać, Ŝe wartość DATA_LENGTH
powinna być mniejsza od ilości bajtów przeznaczonych do przesłania o l. Oznacza to więc, Ŝe dla przesyłu l bajta
wartość parametru powinna być równa 0. Ponadto istotny jest fakt, Ŝe jako pierwszy, po kodzie rozkazu ł4h,
powinien być wysłany do DSP młodszy bajt danej. Maksymalna długość bloku przeznaczonego do przesłania wynosi
64 KB (dla DATA_LENGTH = FFFFh). Wynika to z charakterystyki kontrolera DMĄ, dla którego ograniczeniem
jest rozmiar fizycznej strony pamięci (64 KB). Nie oznacza to bynajmniej braku moŜliwości transmisji większej
ilości danych - blok bajtów składających się na próbkę dźwiękową naleŜy podzielić na kilka mniejszych, l tak próbkę
rozpoczynającą się od adresu 7FOO-.0000 i kończoną bajtem znajdującym się pod adresem 7FOO:2FFF podzielić
musimy na dwa bloki: pierwszy - rozpoczynający się od adresu 7000:FOOO. drugi - od adresu 8000:0000. Najlepiej
będzie, jeŜeli „stronicowanie" pamięci przedstawię w formie tabelki:

Strona Segment:0ffset
O 0000:0000-0000:FFFF

1       1000:0000-1000:FFFF
2       2000:0000-2000:FFFF
3       3000:0000-3000:FFFF

F FOOO:0000-FOOO:FFFF

Podczas programowania transmisji w trybie DMĄ nie wystarczy samo programowanie karty SB - na rozpoczęcie
transmisji naleŜy teŜ przygotować układ DMĄC. Co waŜniejsze, układ DMĄC musi być zaprogramowany, jeszcze
zanim przystąpimy do programowania DSP karty Sound Blaster. Parametry, jakich wymaga DMĄC, są następujące:

l. Numer strony - numer fizycznej strony pamięci, w której znajdują się dane do przesłania.

PHOGRAMOWANfE DSP

2. Adres bazowy - 2-bajtowa wartość określająca przesunięcie (offset) wewnątrzstronicowe początku danych

przeznaczonych do transferu. Numer strony i adres bazowy w sposób jednoznaczny opisują połoŜenie komórki
pamięci w obszarze l MB. Składają się na 20-bitowy adres, którego wartość wyliczyć moŜemy następująco:

ADR20 = I6*SEGMENT + OFFSET

Numer strony to wielkość 4-bitowa stanowiona przez najstarsze 4 bity 20-bilowego adresu, a adres
bazowy to młodsze 16 bitów adresu 20-bitowego.

3. Licznik - 2-bajtowa wielkość odpowiadająca parametrowi DA-TA_LENGTH (długość bloku danych w
bajtach pomniejszona o l).
4. Tryb transmisji - bajt określający kierunek przepływu danych (zapis danych do pamięci bądź ich pobranie).
I tak wartość 45H odpowiada zapisowi dźwięku (zapis do pamięci), a wartość 49H odtworzeniu (odczyt z
pamięci).

Samo programowanie układu DMĄC nie jest bardzo skomplikowane, ale na potrzeby tej ksiąŜki ograniczę się
do opisu algorytmu. który moŜemy wykorzystać przy ustawianiu transmisji. Zakładam, Ŝe karta SB jest tak
skonfigurowana, Ŝe wykorzystuje pierwszy kanał DMĄ.

1. Zapis bajtu o wartości 5 do portu OAH. Informujemy w ten sposób sterownik DMĄC, Ŝe będziemy
programować kanał l.
2. Zapis bajtu o wartości O do portu OCH.
3. Zapis bajtu o wartości odpowiedniej dla trybu transmisji do portu OBH. Zapis wartości 49H spowoduje
więc ustawienie trybu odczytu z pamięci (odtworzenie dźwięku).
4. Zapis młodszego bajtu adresu bazowego (patrz wyŜej) do portu 02H.
5. Zapis starszego bajtu adresu bazowego do portu 02H.
6. Zapis numeru strony do portu 83H.
7. Zapis do portu 03H młodszego bajtu licznika.
8. Zapis do portu 03H starszego bajtu licznika.
9. Zapis do portu OAH bajtu o wartości l (odblokowanie kanału l). PoniŜej przedstawiam tekst źródłowy
przykładowego programu, w którym wykorzystana jest transmisja w trybie DMĄ. Program odtwarza próbkę
dźwiękową skonsolidowaną z kodem programu.

ROZDZIAŁ 4

ppogramDMABeep;

uses dos,dspdir,crt:

consc Czestotitwosc:word=130GD;

Dlugosc-word=4372;

var

Adres;loriginC; {tu przechowamy adres 20-bitowy} Przesuniecie:word; { przesunięcie wewnatrzstronicowe } Strona:byte; { numer scrony}
Old!RQHandler':pointer; { stary wektor przerwania 1RQ7 } Zakonczone:boo!ean; { czy transmisja zakończana }

{$!_ beepl.obj} { plik z danymi dźwiękowymi} procedurę Dbeep; external,

procedurę ProcIRO; interrupt:{ nasza procedura obsługi} begin { przerwania zgłaszanego na IRQ7 } Zakonczone:=true;

port[$20]:=$20 {EDI} end;

begin

if not SBInstalledthen { czy wykryto kart

} begin writeInCBrak karty Sound Blaster'!

];

haft end;

getintvec[15,OldlRQHandler): { zapamiętujemy stary wektor} setintvec[15,@ProclRQl; { „naginamy"}

Zakonczone:=false;

TurnDACOn; {włączenie głośnika }

port[S213:=port[$21]andnott1 shl7):

{ odblokowanie linii IR07 }

port[$OA]:=5; { ustawienie maski dla kanału DMĄ 1 } port[$OC]:=0;

port[$OB]:=$49; {transmisja 2 pamięci do karty}

Adres^lS^longint^egtDbeep^+ofstDbeep);

Strona: =byteCAdres div 65535);

PROGRAMOWANIE OSP

Przesuniecie.=word[Adnesand$FFFFl:

port[$02] =Przesuniecie and $FF: { LSB przesunięcia } po"t[$02]=Pr2esuniecieshr8, { MSB pr-zesunięcia }

pQ'-t[$B3]:=3trana:

portt$D31:= Długość and $FF; { młodszy bajt długości} port[$03]:=DlLjgosc shr6. { starszy bajt długości} port[$OA]: = 1;
{ aktywacja kanału DMĄ 1 }

{teraz podamy stała odpow- częstotliwości odtwarzania

DSPWnte[$40);

DSPWrite[256-1000000 div Częstotliwość],

{ poinformujemy o długości próbki i jazda i} DSPWntet$483:

DSPWriteLDIugosc and $FF];

DSPWrite[Dlugoscshr8);

OSPWrite[$14);

DSPWrite[Dlugosc and $FF3;

DSPWritetDlugoscshrB);

wntein;

whte['B');

repeat

write['e'];

delay[4Q]

unti) Zako

czone; { oczekuj na koniec } wnteln['p!');

TurnDacOff; { wyłączenie DAĆ } SetlntVec[15,01dlRQHandler]; {stary wektor} port[$21]-port[$21]or(1 shl7)
end.

4.4 OBSŁUGA ZŁĄCZA MIDI

Karty serii Sound Blaster mają moŜliwość współpracy z instrumentami wyposaŜonymi w złącze typu MIDI
(Musical Instrument Digital Interface). Niestety - nie bezpośrednio - do karty dokupić naleŜy tzw. SB MIDI
KIT (podłączamy go do złącza joystick'a). Standard MIDI określa sposób transmisji: szeregowo,
asynchronicznie, z prędkością 31250 bitów na sekundę przy ośmiobitowym słowie i bez kontroli parzystości.

ROZDZIAŁ 4

Komunikację ze złączem M1DI nadzoruje układ DSP. Realizować ją moŜemy korzystając z rozkazów 3xh.
Zasadniczo istnieją dwa tryby komunikacji z M1DI: tryb bezpośredni i tryb przerwań. Operacji wysiania danej przez
złącze M1DI dokonać moŜna tylko w trybie bezpośrednim.

Tryb bezpośredni

W trybie tym komunikujemy się ze złączem obustronnie wykorzystując rozkazy układu DSP. PoniŜej przedstawiam
tekst procedury MłDIWrite(what:byte), realizującej wysłanie zadanej parametrem jed-nobajtowej danej złączem
MłDI oraz funkcji MłDłRead:byte realizującej odczyt w trybie bezpośrednim danej jednobajtowej ze złącza M1DI.
Globalna zmienna MIDIReadErr typu Boołean przyjmuje po wywołaniu funkcji MlDIRead wartość False w
przypadku, gdy karta przyjęła daną oraz True w przypadku wystąpienia błędu (zbyt długi czas oczekiwania na
nadejście danej). JeŜeli chcemy włączyć którąś z procedur do programu, zadeklarować w nim musimy uŜycie
biblioteki DSPDir.

var

MIDIReadErr: Boołean:

procedur

MIDIWriteCwhafbyte];

begin

DSPWrite($38); { kod rozkazu zapisu do M1DI}

DSPWriteCwhat) { wystanie bajtu }

end;

funccion M!DIResd:byte;

var

Tinie:byte; {licznik pętli} begin

Time:=0;

DSPWrite[$30); { odczyt z MIDt w trybie Direct} repeat

incCTime) {zwiększ licznik} untii

tport[DataAvailPort] and 128 = 12B]ar(Time=100);

ifTime=100then

MIDIReadErr^True { upłynął czas na odpowiedź } else

begin

M!DIRead:=port[ReadDataPortl; { odczyt} MIOlReadErr=False {wszystko Ok} end end,

PROGRAMOWANIE DSP

Tryb przerwa

W trybie przerwań moŜliwy jest tylko odczyt nadchodzących na złącze MłDI sygnałów. W trybie tym nie
musimy cyklicznie „odpytywać" portu M1DI - układ DSP sam „zawiadomi nas" o nadejściu danych. Schemat
postępowania jest tutaj następujący:

1. „Nagiąć" wektor przerwania obsługującego transmisję w trybie DMĄ z kartą tak. by wskazywał naszą

procedurę.

2. Odblokować odpowiednią linię 1RQ zerując właściwy bit rejestru maskującego pisząc do portu 21 h.
3. Wysłać kod rozkazu 31 h do układu DSP, aby zainicjować odczyt ze złącza M1DI w trybie przerwań.
4. Realizować inne zadania. W razie pojawienia się danej na złączu MIDł na odpowiedniej linii IRQ pojawi

się sygnał i wywołana zostanie zainstalowana przez nas procedura. Jej działanie ograniczać się powinno
do potwierdzenia przyjęcia przerwania oraz odczytu danej z portu odczytu danych układu DSP.

5. Zatrzymać operację odczytu z MłDI moŜemy wysyłając ponownie do układu DSP kod rozkazu 31 h.
6. Zablokować odpowiednią linię IRQ (z kontrolerem przerwań 8259 komunikujemy się tu przez port 21 h).
7. Odtworzyć oryginalną (pierwotną) wartość wektora odpowiedniego przerwania.

4.5 KOMENDY DSP

W rozdziale tym przedstawię zestawienie komend DSP. KaŜda z nich jest związana z jednobajtowym kodem,
który musimy wysłać (patrz procedura zapisu) do układu DSP.

Rozkaz lxh

Komendy lxh dotyczą 8-bitowej konwersji cyfrowo-analogowej w trybach bezpośrednim i DMĄ oraz
konwersji 2-bitowej ADPCM w trybie DMĄ. Uwagę naleŜy zwrócić na fakt, Ŝe podczas zainicjowanej
rozkazami lxh transmisji DMĄ moŜemy wysyłać dane do portu MłDI OUT.
lOh - Wysłanie tego rozkazu do DSP umoŜliwia bezpośrednie wysłanie do przetwornika cyfrowo-
analogowego pojedynczego bajtu.

ROZDZIAŁ 4

14h - Inicjacja transmisji danych 8-bitowych do przetwornika cyfro-wo-analogowego w trybie DMĄ. JeŜeli chcemy
wykorzystać len nasz rozkaz, fragment naszego programu odpowiedzialny za odtwarzanie dźwięku działać powinien
według poniŜszego schematu:

• umieścić dane przeznaczone do transmisji w pamięci operacyjnej,

zaprogramować układ 8237 (przygotować kontroler DMĄ do transmisji),

• ustalić stałą czasową TIME_CONSTANT dla transmisji z uŜyciem rozkazu 40h (odpowiednio dla częstotliwości,
z Jaką odtwarzany sygnał był próbkowany),
• wysłać do układu DSP rozkaz 14h,

wysłać do układu DSP wielkość szesnastobitową (DATA-JLENGTH) opisującą długość przeznaczonego do
transmisji bloku danych pomniejszoną o jeden. NaleŜy zwrócić uwagę, aby Jako pierwszy wysłany został mniej
znaczący (młodszy) bajt wartości.

Uwaga: Transmisja zostanie rozpoczęta bezpośrednio po ostatniej z wymienionych czynności. NaleŜy pamiętać o
podzieleniu bloków danych leŜących na granicy 64 KB stron pamięci na mniejsze. Wysłanie kaŜdego następnego z
nich inicjować moŜe procedura obsługi przerwania końca transmisji DMĄ.
16h/17h - Inicjacja transmisji w trybie DMĄ danych i ich konwersji w trybie 2-bitowym ADPCM. Schemat działania
procedury wykorzystującej ten rozkaz jest następujący:

•   umieścić dane przeznaczone do transmisji w pamięci operacyjnej,
•  odpowiednio zaprogramować układ kontrolera DMĄ,
•   ustalić stałą czasową (TIME_CONSTANT) odpowiednio do częstotliwości, z jaką sygnał był próbkowany, wystać
do układu DSP rozkaz 16h lub 17h (17h dotyczy transmisji danych do DAĆ z tzw. bajtem odniesienia),
•   wysłać do DSP 2 bajty opisujące długość bloku przeznaczonego do transmisji (jako pierwszy wysyłamy młodszy
bajt). Jak widać, algorytm działania jest tu taki sam jak przy rozkazie 14h. Sposób, w jaki przygotować musimy dane
do transmisji, jest obłoŜony ograniczeniami wynikającymi z samej metody.

101

PROGRAMOWANIE DSP

Rozkaz 2xh

Komendy 2xh dotyczą transmisji z przetwornika analogowo-cyfro-wego danych 8-bitowych w trybach DMĄ i
bezpośrednim.
20h - Bezpośredni odczyt jednego bajtu z przetwornika. Po wysłaniu wartości 20h do układu DSP moŜemy
odczytać z niego pojedynczy bajt odpowiadający chwilowej wartości podanego na wejście mikrofonowe
sygnału. Schemat działania procedury odczytu ciągu bajtów z przetwornika wygląda następująco:

•  wysłanie komendy 20h do układu DSP
•   odczyt pojedynczego bajtu z DSP
•   oczekiwanie (wtedy, gdy chcemy np. zapisywać próbki co określony czas) i powtórzenie pierwszych dwóch
operacji lub zakończenie odczytu danych.

24h - Inicjacja transmisji z przetwornika ADC w trybie DMĄ. Algorytm:

• wysłać kod komendy(24h) do układu DSP
• wysłać 2 bajty (pierwszy wysyłamy młodszy bajt !) opisujące

długość bloku danych, jaki chcemy przyjąć. Zasady, jakich powinniśmy przestrzegać przygotowując samą
transmisję wynikają z reguł programowania i działania DMĄC.

Rozkaz 3xh

Komendy umoŜliwiają komunikację z portami MIDI.
30h - odczyt z portu MIDI (tryb odpytywania). Po wysłaniu kodu tej komendy do układu DSP moŜemy
odczytać daną podaną na wejście MIDI z portu odczytu danych DSP (2xAh). Oczywiście pamiętać naleŜy o
uprzednim testowaniu stanu bitu 7 (czy jest ustawiony na l) portu statusowego (2xEh). 31 h - odczyt z portu
MIDI w trybie przerwań. Odczyt danych z portu MIDI z wykorzystaniem przerwań jest bardziej wskazany.
Zasada jest tutaj prosta: układ DSP generuje sygnał przerwania na linii IRQ. Procedura obsługi przerwania,
instalowana przez nasz program, odczytywać powinna daną z portu MIDI. Odczyt wartości z portu
statusowego (2xEh) regeneruje sterownik przerwań. Powtórne wysłanie rozkazu 31h zatrzymuje cały proces.
38h - Zapis do portu MIDI. Jako pierwszy wysyłamy do układu DSP kod rozkazu 38h, a zaraz potem bajt,
który chcemy wysłać przez port MIDI.

ROZDZIAŁ 4

Rozkaz 40h

Rozkaz 40h słu

y do ustawiania stałej czasowej (TIME^CONSTANT) determinuj

cej cz

stotliwo

ść

próbkowania przy

transmisji DM

. Jed-nobajtow

warto

ść

stałej czasowej wysyłamy do układu DSP zaraz po przestaniu kodu rozkazu.

Poni

ej przedstawiam zale

ść

, z której korzystamy przy obliczaniu wymaganej dla danej cz

stotliwo

ci wielko

TIME_CONSTANT;

TIME_CONSTANT=256-H)00000/częstotliu}ość

Dla przykładu dla cz

stotliwo

ci 8 kHz warto

ść

stałej czasowej powinna wynosi

131 (256-1000000/8000). Z

przedstawionej zale

ci wynika jednoznacznie minimalna cz

stotliwo

ść

próbkowania mo

liwa przy

transmisji DM

, równa około 3.9 kHz (gdy TiME_CON-STANT=0).

Rozkaz 7xh

Komendy 7xh umoŜliwiają ustawianie trybów pracy układu DSP.

74h - ustawienie trybu 4-bitowej konwersji cyfmwo-analogowej AD-PCM (transmisja DMĄ).

75h - ustawienie DSP w tryb 4-bitowej konwersji C/A ADPCM z bajtem odniesienia (DMĄ).

76h - ustawienie DSP w tryb 2.6-bilowej konwersji C/A ADPCM (DM

77h - ustawienie DSP w tryb 2.6-bitowej konwersji C/A ADPCM z bajtem odniesienia (DMĄ).
W zasadzie rozkazy 7xh przypominają (choć naturalnie dotyczą innych modów pracy) rozkazy lxh. Zasady
korzystania z nich są więc takie same. Nie naleŜy jednak zapominać, Ŝe wszystkie rozkazy 7xh dotyczą transmisji w
trybie DMĄ.

Rozkaz Dxh

Komendy Dxh umoŜliwiają kontrolowanie transmisji DMĄ oraz włączanie i wyłączanie DAĆ.
Dlh - włączenie wzmocnienia sygnałów z układu DAC-

D3h - wyłączenie wzmocnienia sygnałów z układu DAĆ. UŜycie lego rozkazu spowoduje, Ŝe sygnały pojawiające się
na wyjściu DAĆ nie będą przesyłane do wzmacniacza (nie będą wzmacniane i przesyłane na odpowiednie gniazdo
karty). UŜycie rozkazu nie zakłóci

103

PROGRAMOWANIE DSP

odtwarzania syntezowanego przez układ FM dźwięku. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe uŜycie rozkazu D3h jest
wymagane przed rozpoczęciem konwersji analogowo-cyfrowej. Powody są tu jasne - próbkowany dźwięk jest
jednocześnie kierowany na wyjście układu DAĆ i bardzo łatwo o powstawianie sporych zakłóceń podczas
samplin-gu. Kierowany na wyjście DAĆ sygnał jest przy tym mocno zniekształcony - winy naleŜy upatrywać w
prędkości działania samej karty. Dowodem na to moŜe być fakt, Ŝe przetwarzaniu analogowo-cyfrowemu przy
włączonym wzmacnianiu DAĆ w trybie emulacji Sound Blaste^a na kartach Gravis Ultra Sound towarzyszy
dźwięk bardzo dobrej jakości. Rozkazu D3h moŜemy uŜywać do chwilowego wyciszania odtwarzanej próbki
dźwiękowej.
D8h - testowanie włączenia układu wzmacniania sygnałów z DAĆ. JeŜeli do układu DSP wyślemy kod
rozkazu D8h, odczytana zaraz potem z DSP wartość będzie równa FFh, gdy wyjście układu DAĆ jest
połączone ze wzmacniaczem lub OOh, gdy tak nie jest. W praktyce rozkaz rzadko uŜywany (powtórne
wysłanie do DSP komendy Dlh lub D3h nie powoduje przecieŜ Ŝadnego błędu).

DOh - zatrzymanie transmisji DM

. D4h - kontynuacja wstrzymanej rozkazem DOh transmisji DM

Rozkaz E l h

Rozkaz El h nie został opisany w dokumentacji firmowej, mimo

e jest przyjmowany nawet przez starsze

układy. Wysyłaj

c go do DSP sprawdzi

emy wersj

karty. Pierwszy odebrany zaraz po wysłaniu kodu

komendy bajt to bardziej znacz

cy numer wersji karty, drugi bajt - mniej znacz

cy. Oto tekst

ródłowy

programu wy

wietlaj

cego numer wersji zainstalowanej karty:

Program Wersja;

Uses

DSPDir;

begin ifnotDSPResetthen

begin

wnteInCBrak karty Sound Blaster');

halt

end;

DSPWrite[$E1], {wystanie kodu rozkazu } writefSound Blaster');

writeln(DSPRead,'.',OSPRead) end.

ROZDZIAŁ 4

4.6 BADANIE KONFIGURACJI SB

Elegancko napisany program powinien zwalniać uŜytkownika z obowiązku samodzielnego ustalania parametrów
pracy. W szczególności dotyczy to programów rozrywkowych. Programy obsługujące karty dźwiękowe powinny
więc automatycznie rozpoznawać ich konfigurację. W odniesieniu do kart serii Sound Blaster oznacza to
sprawdzenie numeru linii 1RQ, adresu bazowego i numeru kanału DMĄ uŜywanych przez kartę. Sprawa badania
adresu bazowego jest dosyć prosta - wystarczy podejmować próby resetowania układu DSP, za kaŜdym razem
zakładając inną wartość adresu. Poprawna (i odebrana w określonym czasie) odpowiedź układu oznaczać będzie,
Ŝ

e przyjęta wartość jest prawidłowa. Algorytm ten został zaim-plementowany w przedstawionej wcześniej

bibliotece DSPDir. Więcej problemów nastręcza jednak sprawdzanie numerów kanału DMĄ i linii IRQ- O ile
załoŜymy, Ŝe komputer komunikuje się z kartą uŜywając pierwszego kanału procedura odnajdywania numeru
przerwania IRQ przypisanego karcie działać powinna według schematu:

• Zainstalowanie własnych procedur obsługi przerwań IRQ 2, 3, 5, 7. KaŜda z procedur powinna modyfikować
wartość zadeklarowanej wcześniej zmiennej globalnej przypisując jej swój numer.
• Zainicjowanie transmisji przyjętym kanałem DMĄ. Zakończenie transmisji spowoduje wywołanie ustawionego
zworka-mi przerwania. Procedura jego obsługi nada odpowiednią wartość zmiennej, z której następnie będziemy
mogli odczytać numer linii IRQ, na jakiej pojawił się sygnał.

W przypadku, gdy nie znamy numeru kanału DMĄ uŜywanego podczas transmisji, algorytm powtarzamy dla
kolejnych, prawdopodobnych kanałów. PoniŜej prezentuję tekst źródłowy programu wyświetlającego informacje o
konfiguracji karty Sound Blaster (przy załoŜeniu transmisji kanałem DMĄ l):

program SBIRGInfo;

uses dos.dspdir;

var

01dlRQHand2,01dlRQHand3,01dlRQHand5;pointer;

01dlRQHand7;pointer;

{stare wektory przerwań IRQ}

PROGRAMOWANIE OSP

Numberbyte;

OLD21 byte:

procedur

ProclRQ2; interrupt, { dla IRQ2 } begin

Number:=2;

portE$20]:=$2C { EOI} end;

procedurę ProclRQ3; inCerrupt; { dla IRQ3 } begin Number:=3;

port[$20]:=$20 {EO!} end:

procedurę PraclRQ5; mterrupt: { dla IRQ5 } begin

Number:=5;

port[$20]:=$20 {EOI} end;

procedurę Pr'oclRQ7; inCerrupt; { dla IRQ7 } begin

Number:=7;

port[$203:=$2Q {EOI} end;

begin

if noc SBInstalled Chen { czy wykryto kartę } begin

wntelnC'Brak karty Sound Blaster''];

halt end;

getintvec(8-2,aidlRQHand2); { zapamiętujemy stary wektor} setintvec(8+2,@ProclRQ2]; {„naginamy"}

getintvecES*3,OldlRQHand3); { zapamiętujemy stary wektor} 5etintvec(8+3,@ProclRQ3]; {„naginamy"}

getintvec[8-5,OldlRQHand51; { zapamiętujemy stary wektor} setintvec(S+5,@ProclRQ5]: {„naginamy"}

getintvec[8-7,OldlRQHand7); { zapamiętujemy stary wektor} setintvec(8+7,(o)ProclRQ7); {„naginamy"}

OLD21 :=port[$21];

p0(t[$21]:=porc[$213and89:

ROZDZIAŁ 4

{odblokowane l;nnlRa2,3.5,7}

port[$OA]'=5: { ustawienie maski dla kanafu OMA 1 } port[$OC]:=0;

portISOB): =$49; {transmisja z pamięci do karty} porC[$02]:=0;

port[$02]:=0;

{młodszy bajt długości} { starszy bajt długości}

{ aktywacja kanału DMĄ 1 }

DSPWritet$4D];

DSPWritet'131]; { wartość bez znaczenia: tu dla 8000 Hz }

DSPWrite($4B], DSPWhtem;

DSPWriteEO];

DSPWrite[$14];

DSPWrite[1);

DSPWriteCO)'

{scary wektor IRQ2} {scary wektor IRQ3} {stary wektor IRQ5} {starywektorlRQ7}

wriceln['Karcie przypisano linię IRQ',number] end,

PoniewaŜ maksymalna częstotliwość próbkowania udostępniana przez kartę jest determinowana wersją układu DSP,
przydatna jest moŜliwość sprawdzenia numeru wersji karty. PosłuŜyć się tu moŜna rozkazem El h, opisywanym przy
okazji omawiania komend DSP. Podany tam leŜ został tekst przykładowego programu.
Warto zauwaŜyć, Ŝe pomimo iŜ testowanie konfiguracji karty jest dość proste, wiele z programów zwraca się z
pytaniem o ustawienia do uŜytkownika (a przynajmniej jest moŜliwość wymuszenia przyjmowanych przez program
parametrów). JeŜeli juŜ zdecydujemy się na takie podejście do problemu, przed zadaniem pytania o kanał DMĄ,
numer linii IRQ czy adres portu bazowego warto sprawdzić wartość zmiennej systemowej BLASTER. Przykład
proce-

107

PROGRAMOWANIE DSP

dur testuj

cych podstawowe ustawienia karty przedstawiony został w rozdziale po

conym obsłudze plików

zapisanych w formacie
VOC.

109

ROZDZIAŁ 4

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

5. PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

Programowanie syntezera FM jest najbardziej naturalnym sposobem
zmuszenia karty Sound Blaster do zagrania choćby najprostszej melodii.
Opisywany w jednym z poprzednich rozdziałów sterownik SBFM,
korzystając z układu FM, udostępnia nam prosty sposób udźwiękowienia
swoich programów. Warto zdawać sobie sprawę, Ŝe do wszystkich
moŜliwości karty daje dostęp dopiero znajomość zasad jej
bezpośredniego programowania. W niniejszym rozdziale pragnę
przekazać podstawowe informacje na temat funkcjonowania układu
syntezy FM i zasad tworzenia wykorzystujących go programów.

5.1 FUNKCJONOWANIE SYNTEZERA FM

Syntezer FM, który znajdujemy na kartach Sound Blaster, oparty jest o
układ Yamaha oznaczany przez FM1312. MoŜe pracować w dwóch
trybach: melodycznym (moŜliwość kształtowania brzmienia 9
instrumentów) oraz rytmicznym (definiujemy brzmienie 6 instrumentów
i moŜemy korzystać ze zdefiniowanych 5 instrumentów perkusyjnych:
bębna basowego, bębenka, werbla, talerza i ni hat).

Zanim przystąpimy do programowania układu syntezy FM, warto

przypomnieć sobie kilka podstawowych informacji na temat dźwię-

ROZDZIAŁ 5

ku w ogóle, a dźwięków generowanych przez naszego Sound Bla-stera w szczególności.
Najprostszym dźwiękiem jest ton, czyli drgania akustyczne o przebiegu sinusoidalnym (mówimy tak, poniewaŜ
wykres zmian natęŜenia dźwięku w funkcji czasu ma postać sinusoidy). Na przykład z dźwięku wydawanego przez
instrumenty strunowe wyizolować moŜna sygnał o częstotliwości podstawowej oraz szereg sygnałów o
częstotliwościach wyŜszych niŜ podstawowa (tzw. harmonicznych). O barwie dźwięku decyduje tu liczba i amplituda
kolejnych składowych. Ciąg zmian amplitudy całkowitego sygnału akustycznego w funkcji czasu to obwiednia
dźwięku. Obwiednia charakteryzuje takie podstawowe parametry czasowe dźwięku, jak:

• Czas narastania, czyli czas, w jakim amplituda sygnału osiągnie wartość maksymalną.
• Czas opadania, czyli czas, w jakim amplituda sygnału osiąga (zmniejszając się) wartość związaną z fazą ustaloną.

• Czas ustalania, czyli czas, w jakim amplituda osiągnie poziom, na jakim pozostanie do końca fazy ustalonej.
• Czas zanikania (wybrzmiewania) - czas, w jakim wartość względna amplitudy sygnału spadnie do poziomu

zerowego.

OdB

Poziom podtrzymania

96 dB

Narastanie Opadanie PodtaTymanie W/brzmiewenie (ARack) (Decay) (Sustsin) (Retase)

Rys.4 Obwiednia ADSR (AttackfDecay/Sustain/Relase)
Układ syntezera FM zawiera 18 operatorów. KaŜdy z nich składa się z oscylatora, generatora obwiedni i sterownika
głośności. Oscylator odpowiedzialny jest za generowanie fali o przebiegu opartym na sinusoidzie. Generator
obwiedni na podstawie ustalonych parametrów moduluje w czasie amplitudę sygnału wyjściowego. Parametry pracy
kaŜdej z części operatora:
Oscylator:
• kształt bazowej fali (do wyboru jedna z czterech opcji)

111

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

•   mnoŜnik częstotliwości (współczynnik, przez który mnoŜona jest częstotliwość generowanego sygnału)
•   vibrato (ustawienie tego efektu powoduje niewielkie wahania częstotliwości dźwięku w funkcji czasu)
•   intensywność sprzęŜenia zwrotnego FB (dla syntezy FM)

Generator obwiedni:

czas narastania (czas, po jakim amplituda sygnału osiągnie wartość maksymalną)

•   czas opadania (czas, w jakim amplituda sygnału spadnie z poziomu maksymalnego do ustalonego) flaga
fazy ustalonej EG-TYP (flaga ustawiona oznacza występowanie w obwiedni fazy ustalonej)
•   poziom amplitudy w fazie ustalonej
•   czas zanikania (czas, po jakim amplituda sygnału spadnie z poziomu ustalonego do 0)

skala długości KSR (decyduje o tym, czy długość dźwięku ma być częściowo zaleŜna od jego wysokości)

Sterownik głośności:

•   głośność ostateczna (na wyjściu z operatora)
•  wibracje amplitudy (decyduje o tym, czy amplituda sygnału ma ulegać niewielkim wahaniom w czasie)
•   skala intensywności KSL (ustawienie powoduje uzaleŜnienie głośności od wysokości dźwięku)

KaŜdy z 18 operatorów bierze udział w syntezie dźwięku. W trybie melodycznym dwa operatory przypadają
na kaŜdy z dziewięciu instrumentów, a w trybie rytmicznym operatory 1-12 uŜywane są przy syntezie brzmień
6 instrumentów, a operatory 13-18 uŜyte są do syntezy brzmienia 5 instrumentów perkusyjnych. Dla trybu
rytmicznego pracy syntezera przyporządkowanie jest następujące:

• bęben basowy (bass drum) - operatory 13 i 16
• hi hat - operator 14

• bębenek (tom tom) - operator 15

werbel (snare drum) - operator 17
talerz (top cymbał) - operator 18 Podczas syntezy FM brzmienia jednego instrumentu pracują dwa
operatory. Jeden w funkcji modułu modulatora, drugi w funkcji

ROZDZIAŁ 5

modułu nośnika. Ideę dwu operatorowej syntezy FM przedstawia rysunek 5.

<o sprz

ęŜ

enia zwiokiego

•i

Operator 1

smusotd 1

Foła sinusoid. 2

Rys.5 Synteza divuopera torowa FM

ZaleŜność między częstotliwością generowanego w ten sposób sy-nału a parametrami syntezy przedstawia się

następująco:

F(t) •== A sin((Ot-\-I sinuJt) gdzie:
A ~ amplituda wyj

ciowa / - mno

nik cz

stotliwo

- cz

stotliwo

ść

nika

^ - cz

stotliwo

ść

modulatora

PoniewaŜ podczas syntezy FM mamy do dyspozycji 9 kanałów instrumentalnych, kaŜdemu kanałowi przypisane
są 2 operatory (modulator i nośnik). Ich przyporządkowanie przedstawia się następująco:
Kanał l: operatory l i 4 (o adresach OOh i 03h) Kanał 2: operatory 2 i 5 (o adresach O l h i
04h) Kanał 3: operatory 3 i 6 (o adresach 02h i 05h) Kanał 4: operatory 7 i 10 (adresy 08h i
OBh) Kanał 5: operatory 8 i 11 (adresy OOh i OCh) Kanał 6: operatory 9 i 12 (adresy OAh i
ODh) Kanał 7: operatory 13 i 16 (adresy l On i 13h) Kanał 8: operatory 14 i 17 (adresy llh i
14h) Kanał 9: operatory 15 i 18 (adresy 12h i 15h)

5.2 ZASADY OBSŁUGI SYNTEZERA FM

Zasady obsługi syntezera FM są proste. Układowi syntezy przypisane są dwa porty. Na oryginalnej karcie AdLib
mają one adresy 388h i 389h. Na kartach Sound BIaster komunikacja z układem jest moŜ-

113

PHOGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

liwa takŜe przez porty 2x8h i 2x9h (x zastępujemy naturalnie wartością wynikającą z przyjętego adresu
bazowego). PoniewaŜ pisząc programy komunikujące się z kartą za pośrednictwem portów 388h i 389h
mamy pewność, Ŝe będą leŜ współpracowały z kartami SB i AdLib, we wszystkich podawanych niŜej
przykładach będę uŜywał wyłącznie tych adresów.

Oto algorytmy, według których działać powinny procedury komunikacji z układem syntezy:

Zapis danej do rejestru:

1. Zapis do portu indeksowego 388h numeru rejestru
2. Oczekiwanie ok. 3 mikrosekund
3. Odczyt wartości jednobajtowej z portu danych 389h

Uwaga: Przed ponownym zapisem do dowolnego rejestru naleŜy

odczekać około 23,3 mikrosekundy.

Odczyt rejestru statusowego

Odczyt rejestru stanu realizujemy odczytując jeden bajt z portu indeksowego (388h). Rejestr statusowy nie ma
swojego adresu i nie moŜna do niego zapisać Ŝadnej wartości.
Pewną trudność wydaje się nastręczać konieczność stosowania czasowych zwłok. Wydaje się, Ŝe najprościej
będzie skorzystać z jednej z usług BIOS w wersji AT (usługa 86h przerwania 15h). JeŜeli chcemy, aby nasz
program poprawnie działał takŜe na komputerach klasy XT, musimy postarać się skonstruować pętlę czasową
o ilości repetycji związanej z prędkością komputera.

PoniŜej przedstawiam zestawienie rejestrów układu FM:
Rejestr statusowy
Rejestr jest 8-bitowy, ale znaczenie mają jedynie najstarsze 3 bity. Bit 7 ustawiany jest w sytuacji, w której w
którymś z rejestrów liczników (lub w obu naraz) wystąpi przepełnienie, a bity 6 i 5 sygnalizują wystąpienie
przepełnienia liczników odpowiednio l i 2.

Blh-Testowy

Przed rozpoczęciem programowania układu naleŜy wpisać do niego bajt o wartości 0.

ROZDZIAŁ 5

B2h - Liczniki

Liczniki jest 8-bitowym licznikiem zliczającym od O do 255 okresy o długości 80 mikrosekund. Zasada korzystania z
niego jest prosta. Wprowadzamy do niego jakąś wartość początkową N. Od tej pory jest ona (co 80 mikrosekund)
zwiększana o l. W momencie, gdy zapisana w rejestrze wartość „przeskoczy" z 255 do O (nastąpi przepełnienie),
ustawiany jest bit 6 w rejestrze statusowym. Tak więc czas T, jaki odmierzy licznik, zanim nastąpi przepełnienie,
wyliczyć moŜna z zaleŜności:

r = ( 256- N ) * 0.08 fmsl

03h - Licznik2

Licznik2 pełni identyczną funkcję jak Liczniki, z tą róŜnicą, Ŝe zlicza okresy o długości 320 mikrosekund.
Przepełnienie sygnalizowane jest przez ustawienie bitu 5 rejestru statusowego. ZaleŜność między wartością startową
N a czasem przepełnienia T jest więc w jego przypadku następująca:

r== (256 -N ) * 0.32 fmsl

04h - Rejestr kontroli liczników

Rejestr uŜywany jest do uruchamiania i zatrzymywania liczników l i 2. Znaczenie poszczególnych bitów jest
następujące:
Bit O - ustawienie powoduje rozpoczęcie odliczania przez Liczniki, wartość O oznacza zatrzymanie pracy licznika,
Bit l - jak bit O, ale w odniesieniu do Licznika2.
Bit 5 - ustawienie tego bitu powoduje zerowanie bitu 5 rejestru statusowego (przepełnienie Licznika 2 nie jest
sygnalizowane). Bit 6 - analogicznie jak bit 5, ale w odniesieniu do bitu 6 rejestru statusowego (brak sygnalizacji
przepełnienia licznika l). Bit 7 - ustawiony powoduje zerowanie bitów 5,6,7 rejestru statusowego.
Dalej przedstawiam pięć grup rejestrów powiązanych z poszczególnymi operatorami. Adres rejestru w grupie
związanego z danym operatorem wyznaczyć moŜna dodając do adresu pierwszego rejestru w grupie wartość
odpowiedniego przesunięcia:

115

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

Operator

Przesuni

cie

OOh

Olh

02h

03h

04h

05h

08h

OOh

OAh

OBh

OCh

ODh

lOh

llh

12h

13h

14h

15h

20h-35h

AM/Y1B/EG/KSR/MULTIPLE dla operatorów 1..18

Grupa 8-bitowych rejestrów. Znaczenie poszczególnych bitów kaŜdego z nich:
Bit 7 - AM - ustawienie wahań natęŜenia dźwięku (tremolo). Dla wartości O bitu wahań nie ma, dla wartości l
wahania będą zachodzić z częstotliwością 3.7 Hz. Maksymalną „głębokość" zmian określa wartość bitu 7
rejestru BDh (l lub 4.8 dB).
Bit 6 - VIB - ustawienie efektu vibrato (wahania częstotliwości dźwięku). Częstotliwość wahań jest równa 6.4
Hz. Stopień zmian częstotliwości w czasie określamy ustawiając bit G rejestru BDh (7% lub 14%).

Bit 5 - EG-TYP - typ obwiedni dźwięku. Wyzerowanie bitu oznacza wybranie typu l obwiedni, ustawienie -
typu 2.

ROZDZIAŁ 5

typ l

Fazo nofasionio

Fara opadon.a

TrP 2

Faza norastoniB

Feza obadania

_Paziom podtrzymani b

Wyb r? miewani y

Klawisz wci

/?ys.6' Dwa typy obimedni

Bit 4 - KSR - włączenie następuje, gdy bit ustawimy, wyłączenie, gdy wyzerujemy. Włączenie KSR umoŜliwia
podkreślenie efektu znanego z instrumentów strunowych - uzaleŜnienia czasu trwania dźwięku od jego wysokości.
Bity 3..0 - MULTIPLE - mnoŜnik. Równanie syntezy FM uwzględniające wartość mnoŜnika wygląda następująco:

F(t)= A stn( a^-ą/ + f-5in(M^co^) ) gdzie:

A - amplituda wyjściowa,
l - amplituda modulatora,
ą

- częstotliwość nośnej,

co^- częstotliwość modulatora,
M- mnoŜnik dla operatora nośnej,
M^- mnoŜnik dla operatora modulatora.
Wielkość MULTIPLE moŜe przybierać wartości od O do 15 (4 bity). Dla wartości O mnoŜnik przyjmuje wartość 0,5.
Dla wartości z przedziału Ih-Fh odpowiednio 1 do 15.

40h-55h KSL/Total Level

Zestaw rejestrów słuŜących do kontroli poziomu sygnału operatora i definiowaniu stopnia spadku głośności dla
wyŜszych częstotliwości. Znaczenie bitów rejestrów:
Bity 0-5 - TOTAL LEVEL - 6 bitów opisujących poziom wyjściowy sygnału operatora związanego z rejestrem.
Zakres wartości: od O to 63. Znając wartość przechowywaną przez te 6 bitów, łatwo wyznaczymy poziom sygnału
wyraŜony w dB: WARTOŚĆ*0,75 fdB).
Bity 6-7 - KSL - ustawiając bity 6 i 7 moŜemy regulować spadek natęŜenia dźwięku wraz ze wzrostem
częstotliwości. I tak, spadek ten w zaleŜności od wartości przyjmowanych przez dwubitowe słowo (młodszy bit to
naturalnie bit 6) przedstawia się następująco:

117

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

KSL

Spadek [dB/oktawę]

0 l 2 3

0 3 1,5 6

60h-75h - Attack/DecayRatc

ywaj

c tej grupa rejestrów mo

na kształtowa

faz

narastania i opadania d

ku. Warto

ść

bajtowego rejestru nale

y podzieli

na 2 4-bitowe słowa. Młodsze (bity 0-3 rejestru) z nich opisywa

dzie czas trwania fazy opadania, starsze (bity 4-7) - narastJ^a. Najogólniej bior

c, im wielko

ść

opisuj

ca czas jest mniejsza, tym czas jest dłu

szy. Dokładnie ilustruje to poni

sza tabela (czasy

podane s

w ms):

Warto

ść

Czas narastania (10% do 90%)

Czas narastania (-96dBdo0dB)

Czas opadania (90% do 10%)

Czas opadania (0dB do -96dB»

0.00

0.51

2.40

0.00

0.51

2.40

0.00

0.51

2.40

0.00

0.51

2.40

0.11

0.20

0.58

2.74

0.11

0.24

0.63

3.20

0.14

0.30

0.81

3.84

0.19

0.38

1.01

4.80

0.22

0.42

1.15

5.48

0.26

0.46

1.35

6.40

0.31

0.56

1.62

7.68

0.37

0.70

2.02

9.60

0.43

0.80

2.32

10.96

0.49

0.92

2.68

12.80

0.61

1.12

3.22

15.36

0.73

1.40

4.02

19.20

0.85

1.56

4.62

21,92

0.97

1.84

5.38

25.56

1.13

2.20

6.42

30.68

1.45

2.76

8.02

38.36

1.70

3.12

9.24

43.84

ROZDZIAŁ 5

1.94

3.68

10.76

51,12

2.26

4.40

12.84

61.36

2.90

5.52

16.04

76.72

3.39

6.24

18.48

87.68

3.87

7.36

21.52

102.24

4.51

8.80

25.68

122.72

5.79

11.04

32.08

153.44

6.78

12.48

36.96

175.36

7.74

14.72

43.04

204.48

9.02

17.60

51.36

245.44

11.58

22.08

64.16

306.88

13.57

24.96

73.92

350.72

15.49

29.44

86.08

408.96

18.05

35.20

102.72

490.88

23.17

44.16

128.32

613.76

27.14

49.92

147.84

701.44

30.98

58.88

172.16

817.92

36.10

70.40

205.44

981.76

46.34

88.32

256.64

1227,52

54.27

99.84

295.68

1402.88

61.95

117.76

344.32

1635.84

72.19

140.80

410.88

1963.52

92.67

176.84

513.28

2455.04

108.54

199.68

591.36

2805.76

123.90

235.52

688.64

3271,68

144.38

281.60

821.76

3927.04

185.34

353.28

1026.56

4910.08

217.09

399.36

1182.72

5611.52

247.81

471.04

1377.28

6543.36

288.77

563.20

1643.52

7854.08

370.69

706.56

2053.12

9820.16

434.18

798.72

2365,44

11233.04

495.62

942.08

2754.56

13086.72

577.54

1126.40

3287.04

15708.16

741.38

1413.12

4106.24

19640.32

868.35

1597.44

4730.88

22446.08

991.23

1884.16

5509.12

26173.44

1155.07

2252.80

6574.08

31416.32

1482.75

2826.24

8212.48

39280.64

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

119

68h-95h -Sustain Level'Relase Ratę

I znów 8-bitowy rejestr podzielony na 2 4-bitowe słowa. Młodsze z nich (bity 0-3) opisuje czas wybrzmiewania
d

ku. Starsze (bity 4-7) - odnosz

do poziomu podtrzymania obwiedni d

ku. Ka

dy bit 4-bitowego

słowa wyznaczaj

cego poziom podtrzymania ma swoj

wag

. Bit najmłodszy - 3 [dB], bit nast

pny - 6 |dB|,

nast

pny - 12 [dB], a najstarszy - 24 |dB]. Najwy

szy poziom stanu podtrzymania wymusimy ustawiaj

wszystkie bity na „l" (wtedy poziom = 93 d B).

Rejestry tej grupy słuŜą do ustawiania częstotliwości dźwięku dla 9 głosów. W trybie melodycznym kaŜdy
rejestr jest związany z jednym głosem. W trybie rytmicznym pierwszych sześć par rejestrów związanych jest z
6 głosami, a dalej przyporządkowanie jest następujące:

• bębenek - rejestry A8h i B8h,
• bęben basowy - A6h i B6h.

Dla reszty instrumentów perkusyjnych zmiana częstotliwości dźwięku jest niemoŜliwa.

Rejestry AOh-A8h odpowiadaj

młodszej cz

ęś

ci 10-bitowej wielko

ci F-NUMBER opisuj

cej

stotliwo

ść

generowanego d

ku.

Znaczenie bitów rejestrów BOh-B8h jest zró

nicowane:

Bity 0-1 - przechowuj

najstarsze 2 bity F-NUMBER. Bity 2-4 - opisuj

oktaw

, w której b

dzie

grany d

Bit 5 - KEY - bit ma kluczowe znaczenie. Jego ustawienie powoduje rozpoczęcie generowania dźwięku (jak
przy wciśnięciu klawisza), jego wyzerowanie spowoduje wyłączenie głosu (jak przy zwolnieniu klawisza

klawiatury muzycznej).
Uwaga - częstotliwość generowanego dźwięku moŜna dość prosto wyznaczyć korzystając z zaleŜności:

F = 50000 * F-NUMBER » 2 ^(OKTAWA - 20)

Dla oktawy 4 wartości F-NUMBER odpowiadające kolejnym dźwiękom:

ROZDZIAŁ 5

Dźwięk

Częstotliwość

/-NUMBER

277,2

363

293,7

385

311,1

408

329,6

432

349,2

458

370

485

392

514

415,3

544

440,0

577

466,2

611

523,3

686

CBh-CBh -

• Feedback/Connection

Rejestry

pozwalają ustalić współczynnik intensywności sprzęŜenia

zwrotnego oraz sposób torów.

połączenia dwóch współpracujących opera-

Bity 1-3

tworzą 3 bitowe słowo. W zaleŜności od jego wartości

współczynnik jest równy:

Współczynnik

p/16

P/8

P/4

p/2

Bit O określa, jak połączone są operatory. Z trybem syntezy FM mamy do czynienia, gdy bit jest wyzerowany,
z syntezą addytywną - gdy bit został ustawiony.

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

121

B<0(CON)

Schemat syntezy

^ ——

P1 ——

——.(.) ———

Op«tt*if 1

l P2

Operalor Z

Operator l

P1 ——

—1»)—)

(

)——————————————————————————7

cie

Operator 2

Rys. 7 Synteza FM i syntezo addytywną

Pojedynczy rejestr, pozwalający nam kontrolować stopień wahań natęŜenia dźwięku dla efektu vibrato, stopień
zmian częstotliwości dźwięku dla efektu tremolo. Poza tym uŜywając rejestru przełączamy układ w tryb
melodyczny lub rytmiczny.
Bity O - 4 - mają znaczenie w trybie rytmicznym. Pełnią rolę identyczną Jak bit KEY rejestrów BOh-B8h
(ustawienie rozpoczyna generowanie dźwięku, wyzerowanie - kończy). Bit 4 jest związany z bębnem basowym,
bit 3 - z werblem, bit 2 włącza/wyłącza bębenek, l - talerz, O - high hat. NaleŜy pamiętać, Ŝe jeŜeli operujemy
instrumentami perkusyjnymi z wykorzystaniem tego rejestru, bity KEY rejestrów B6h, B7h, B8h muszą być
wyzerowane- W trybie rytmicznym przyporządkowanie operatorów poszczególnym instrumentom wygląda
następująco:

Instrument

Operator(y)

bęben basowy

13,16

hi hat

bębenek

werbel

talerz

Bit 6 rejestru pozwala na ustalenie intensywności efektu vibrato, Ustawiony oznacza 14% wahania
częstotliwości, wyzerowany - 7%,

ROZDZIAŁ 5

Bit 7 - ustawianie maksymalnej zmiany natęŜenia dźwięku przy efekcie tremolo. Bit wyzerowany - l dB,
ustawiony - 4,8 dB.
E0h-F5h-WaveSelect

Rejestry umoŜliwiają ustalanie kształtu fali generowanej przez oscy-latory poszczególnych operatorów. Dwa
najmłodsze bity kaŜdego rejestru kodują kształt jak na rysunku 8.

brt 1

bit O

Kształt generowanej fali

Rys.8 Kształt fali generowanej przez oscylator generatora

5.3 PRZYKŁADY

Po takiej dawce informacji na temat funkcjonowania układu FM czas na jaki

przykład. Pierwszym z nich

jest tekst

ródłowy biblioteki implementuj

cej dwie najprostsze procedury:

procedurę FMWriteCreg,value) - Zapis do rejestru wyspecyfikowanego parametrem reg wartości value. Procedura

uwzględnia zwłoki czasowe konieczne przy programowaniu układu (realizuje je korzystając z usług BIOS-a w
wersji AT).
function FMStatus:byte - Zwraca wartość rejestru statusowego układu.
Oprócz tego w części inicjacyjnej biblioteka testuje obecność układu FM karty Sound Blaster (AdLib) i nadaje
odpowiednią wartość zmiennej globalnej FMInstalIed. Wartość True tej zmiennej oznacza

123

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

jego obecność. Procedura FMCheck testująca kartę wykorzystuje w tym celu licznik pierwszy (80
mikrosekund).

unitFMDir;

interface var FMInstalted:boolean;

procedurę FMWriCe(reg,value'byte); { zapis do rejestru } function FMStatus:byte; { odczyt rejestru statusowego }

implementation uses dos:

{doahnumerfunkcji} {starsze stówo =0} {młodsze stówo} {wykonać!}

procedurę Waittmicros:word);

var

reg:registers;

begin

reg.ah:=$86;

reg.cx:=D;

reg.dx:=micros;

intr[$15,regl end,

{oczekiwanie 3.3us} port[$3891:==value: { zapis wartości} Wait(24] { oczekiwanie 24 us }

procedurę FMWrite[reg,value:byte);

begin

port[$388]:=reg; { numer rejestru } WaitC3);

end;

{odczyt statusu}

function FMStacus:byte:

begin

FMScatus:=port[$38B] end;

procedurę FMCheck;

var

A,B,i:byte;

begin

FMWriteCI .0); { zerujemy rejestr testowy}

FMWrit:e[4.$60);

FMWhce[4,$803; {rejestr kontrolny}

A-=FMStatus;

{ zapamiętanie stanu rejestru statusowego }

FMWrite[2,$FE); { odlicz BO mikrosekund }

ROZDZIAŁ 5

{wystartowanie licznika 1 { pętla opóźniająca }

FMWnte(4,$11),

for i=1 to 255 do,

B:=FMStatus,

{Jeśli byt ustawiany bit przepełnienia licznika 1 }

FMWrite[4,$603,

FMWnce[4.S80);

FMfnsta!led:=[[BxorA)=192J

FMCheck

end:

begin

f end,

Napiszmy teraz najprostszy program wykorzystujący naszą kartę dźwiękową do syntezy FM. Zaczynamy naturalnie
tak:

Program Bdziang:

uses

crt.FMDir:

begin

if noc FMInstalled then halt;

Teraz, po kolei, wypełniamy kolejne rejestry układu odpowiednimi wartościami. Najpierw wpisujemy O do rejestru
testowego:

FMWriCe($01,0);

Teraz decydujemy,

e nasz program b

dzie przeł

czał układ FM w tryb melodyczny. Ustawiamy te

Ŝą

gł

boko

ść

efektu vibrato:

FMWrite($BD,128];

Nast

pnie dobieramy mno

niki dla operatorów l i 2 i wybieramy typ obwiedni. Ustawimy te

efekt vibrato.

Pami

tamy,

e dla głosu l (wykorzysta go nasz programik) adresy wzgl

dne dwóch operatorów wynosz

odpowiednio O i 3.

FMWrite[$20,64+32+103;

FMWnte[$23,64+32+1);

Teraz określamy poziom wyjściowy sygnału na kaŜdym z operatorów:

FMWrite($40,1);

FMWrit;e($43,1);

125

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

Pozostaje jeszcze dobra

czasy narastania, opadania i wybrzmiewa-nia d

ku oraz poziom podtrzymania

oraz ustali

kształt generowanej fali, ustawi

tryb syntezy FM;

FMWnt:e[$60,128-1), FMWnce[$63,128+1):

FMWnte($80,128T31:

FMWntet$83,128+3), FMWnCet$EQ,a);

FMWntet$E3,0);

FMWrite($CO,0);

No i na koniec wprowadzi

do pary AO i BO kod odpowiadaj

cy cz

stotliwo

ci d

ku, jaki wyda

ma nasz

program, ustali

oktaw

i ustawi

bit KEY:

FMWrite[$AO,255):

FMWrite[$BO,2+16+32];

Dalej nast

puje krótka zwłoka czasowa, zerujemy bit KEY odpowiedniego rejestru i ko

czymy

działanie:

delay(500);

FMWnte[$BO,1+16) end.

Przyszedł czas na nieco bardziej skomplikowany program. Jego zadaniem będzie umoŜliwienie nam gry na
wielogłosowych „cymbałkach".

program Cymbałki;

uses

dos.FMDir;

ConsC

Var

convert:array[0.,71 of byte

=[$10,$n,$12,$13,$14,$15,$16,$01);

{tu przechowamy scan-code'y kolejnych klawiszy}

{naszej klawiatury}

{ Dalej: parametry obwiedni dźwięku naszego }

{instrumentu. KaŜdy moŜe przybrać wartości}

{ od O do 63 }

Narastanie ^yte^;

Opadanie ^yte^B;

Poziom :byte=2;

Wybrzmewarie:byCe=4;

8iaS_handler:pointer; { stary wektor przerwania 9h } ScanCode,Contrcl,counter:byte; { zmienne robocze }

ROZDZIAŁ 5

keys;arrayt0..6] of byte;

{ tutaj będziemy trzymali wartości odpowiadające } { wyłączonym głosom 0,1.2,3,4,5,6 } keyboard:arrayt0..7] of boolean;

{klawisze 0..6-nasza „muzyczna" klawiatura, } { klawisz? -kod Esc } pressed:array[O..B] of boolean;

{ czy kanał 0..6 )est włączony}

{$F+} procedurę MapKeyHandier; incerrupt:

{ procedurę, którą zastąpimy oryginalną procedurę } { obsługi 9h i która będzie wypełniać odpowiednimi} {wartościami tablicę keyboard!]} var

n:byte;

begin

ScanCode:=por't[$60); { pobranie kodu znaku }

CQntrol:=portt$61];

port[$61]:=Control or $90:

port[3i61]:=Control; { regeneracja sterownika }

for n: =0 Co 7 do Begin

if ScanCode=convert[n] then keyboardCnL^true;

if ScanCode'=converl:En] or $90 then keyboard[n];=fa)se end;

port[$20J:=$20{EOI} end;

{$F-}

procedurę tnstallMapProc:

var

i: byte;

begin

for i: =0 to 7 do keyboard[i3:=false

{ na początku wszystkie klawisze są zwolnione } end;

procedurę UninstaUMapProc;

begin

seCintvec[$9,aiOS_handler)

{ przywróć oryginalny wektor} end;

procedurę Prepareinstruments:

{ przygotowanie brzmienia kaŜdego głosu instrumentu } const

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

\^J

fnumb:arrayt0 .6] of word=t385,432,458.514,577,647,686),

{ stałe F-NUMBER dla kolejnych głosów } var

ofs.byte, { zmienna pomocnicza } begin

FMWrite[$BD,128);

{tryb metodyczny i duŜa głębokość vibrato } forofs:=$00to$05do

begin

{ ustawienie parametrów dla głosów 0-3 )

ifofs>2 then FMWrite($20+ofs,64+32+2)

else FMWrite[$20+ofs,64+32+1).

{vibrato, drugi typ obwiedni i mnoŜnik=2 }

FMWrite[$40+ofs,1);

{TotalLevel= 1 }

FMWrite[$60+ofs. Narastanie shl4 + Opadanie);

{czas trwania fazy narastania dźwięku}

{i fazy opadania}

FMWriteCSBO+ofs,Paziom shl 4 + Wybrzmiewanie)

{ poziom stanu ustalonego i czas wybrzmiewania }

end;

forofs:=$OBto$OOdo

begin

{ ustawienie parametrów dla głosów 4-B} ifofs>$ODthenFMWrite($20+ofs,64+32+2) else
FMWriceC$20+ofs,64+32+15:

FMWriteE$40+ofs,1];

FMWriteESBO+ofs,Narastanie shl 4 + Opadanie];

FMWriteE$80+ofs.Poziom shl 4 + Wybrzmiewanie)

end;

{ ustawienie parametrów dla głosu 6}

FMWrite($20+$10,64+32+1);

FMWrice($20+$13,64+32+2);

FMWrite($40+$10,1);

FMWrite($40+$13,1);

FMWrite($60+$10, Narastanie shl 4 + Opadanie);

FMWrite($60+$13, Narastanie shl 4 + Opadanie);

FMWrice($80+$10.Poziom shl 4 + Wybrzmiewanie);

FMWrite($80+$13,Poziom sh! 4 + Wybrzmiewanie];

forofs;=0to6do

begin

{wyznaczenie młodszej części F-NUMBER } ( dla kaŜdego głosu } FMWnte[$AO+ofs,byte(fnumbEofs]
and $FF]];

keys[ofs]:=byte([fnumb[ofs]and$3FF]shr8)+1S;

{ najstarsze 2 bity F-NUMBER do $BD i 4 oktawa } FMWrice[$90+ofs,keys[ofs])

end

ROZDZIAŁ 5

end:

ifnotFMinstalled then begio

{jeŜeli karcą nie jest zainstalowana } writeInCBrak karty SB lub AdLib,'), hale end;

geCincvec[$9,BIOS^handler]; { zapamiętanie wektora } FMWrtteE$01,0): { wyzerowanie rejestru testowego } Prepareinstruments; {
przygotowanie brzmień } forcounter:=0to G do

pressed[counter]:=false;

{ wszystkie głosy wyłączone } wnteCTerazgraj uŜywając klawiszy Q,W,E,R,T,Y,U.'];

wnteln[' Koniec- Esc.'J;

InstallMapProc; { przejęcie obsługi przerwania 9h } repeat

for counter:=0 to 6 do { dla kaŜdego głosu } begin

if Ckeyboar'd[counter]]and[nat pressedEcounter]] Chen begin { właśnie został wciśnięty}

FMWrite[$BD+countenkeys[counter] or 32);

pressed[counter]:=true;

end;

if [tnot keybaard[cQunter]]and[pressed[counter']]) then begin { właśnie został zwolniony}

FMWrite[$BO+counter,keys[counter]);

pressed[councer];=false;

end:

end,

unti) keyboard^]; { aŜ nie zastanie wciśnięty Esc } UninstallMapProc;

{ oddanie obsługi orygianiej procedurze } forcounter:=0to6 do FMWr-ite[$BO+counter,keys[counter])
{wyłączenie głosów}

end.

Korzystając z programu moŜna, uŜywając klawiszy Q, W, E, R, T, Y i U zagrać prostą melodię najprostszym
brzmieniem. Program nie jest bardzo skomplikowany, ale osoby chcące zrozumieć zasady programowania układu
syntezy FM powinny skupić się szczególnie na analizie procedury Prepareinstruments.

PROGRAMOWANIE SYNTEZERA FM

129

Tym, którzy nie bardzo rozumieją sposób, w jaki zapewniłem moŜliwość odczytu stanu jednocześnie
wciśniętych klawiszy (gra wielogłosowa), naleŜy się słowo wyjaśnienia. W chwili, gdy wciskamy lub
zwalniamy któryś z klawiszy, klawiatura PC wysyła do komputera ciąg składający się z jednego iub kilku
bajtów. Ciąg ten, jednoznacznie określający pojedynczy klawisz, to tzw. scan code. Rotę odgrywa tu fakt, Ŝe
scan code wysyłany przy wciskaniu klawisza (nazywany dalej kodem wciśnięcia) jest róŜny od ciągu
wysyłanego przy zwalnianiu (kod zwolnienia) tego samego przycisku. W przypadku ciągu jednobajtowego
róŜnica polega na tym, Ŝe bit 7 kodu zwolnienia jest zawsze ustawiony. W chwili wciśnięcia/zwolnienia
jakiegokolwiek klawisza na linii IRQ1 pojawia się sygnał i wywołane zostaje przerwanie 9h. To właśnie
procedura jego obsługi jest odpowiedzialna za odbiór ciągów kodujących zmiany stanu klawiszy i
podejmowanie związanych z tym akcji (wypełnianie bufora klawiatury, modyfikacja bajtów statusowych w
obszarze zmiennych BiOS-u itd). Pomysł rozwiązania problemu odczytu stanu wciśniętych jednocześnie
klawiszy naszej „muzycznej klawiatur-ki" zasadza się właśnie na przejęciu obsługi tego przerwania i analizie
nadchodzących z klawiatury sygnałów.

131

ROZDZIAŁ 5 SYGNAŁY l ICH PRZETWARZANIE

6. SYGNAŁY I ICH PRZETWARZANIE

W rozdziale tym chciałbym wprowadzi

Czytelnika w dziedzin

przetwarzania sygnałów cyfrowych. Poniewa

omówienie

dego z problemów to wła

ciwie temat na oddzieln

prac

, nie

chciałbym, aby ktokolwiek potraktował poni

szy tekst inaczej, jak

tylko wprowadzenie w tematyk

omawianych zagadnie

. Mam

nadziej

e lektura lego rozdziału skłoni niektórych do

samodzielnych eksperymentów i do pogł

bienia wiedzy na

wybrane tematy.

6.1 Co to są sygnały i jak je dzielimy

eli zało

ymy,

e z pewnego

ródła docieraj

do nas

informacje o zmianie jaki

wielko

ci Fizycznych (np. ci

nienia,

temperatury), to wielko

ść

elektryczn

bezpo

rednio zwi

zan

pierwotn

postaci

tej informacji nazywamy sygnałem. Ka

sygnał mo

e by

funkcj

wielu zmiennych niezale

nych.

Najcz

ęś

ciej tak

zmienn

jest czas (t) lub cz

stotliwo

ść

(0.

Zasadniczo sygnały podzieli

na na deterministyczne (je

eli

mierzon

wielko

ść

fizyczn

na opisa

zale

ciami

matematycznymi) oraz losowe (gdy nie jest mo

liwe

przewidzenie warto

ci sygnału). W przypadku sygnału

deterministycznego dwa zbiory danych opisuj

ce sygnał

uzyskane w tych samych warunkach powin-

ROZDZIAŁ 6

ny być identyczne. Często zdarza się, Ŝe obok interesującego nas sygnału pojawił się szum, a sam sygnał uległ
zniekształceniom. Wyłowienie go stać się wtedy moŜe nie lada problemem (wszelkie szumy nakładające się na sygnał

mogą mieć zarówno deterministyczny, jak i losowy charakter).
Zmiany sygnału deterministycznego opisać moŜemy zaleŜnościami matematycznymi. Na sygnał taki składa się
powtarzający się przebieg (okresowy) lub przebieg zanikający po upływie czasu (przejściowy).
MoŜna załoŜyć, Ŝe sygnały okresowe składają się z jednego lub wielu przebiegów sinusoidalnych uzaleŜnionych od
okresu powtarzania (przedziału czasu, po jakim sygnał powtórzy się). Najmniej skomplikowany jest sygnał
okresowy opisywany funkcją:

x(t)= A*sin(2nft+(pj

gdzie A to stała określająca amplitudę, f to częstotliwość w Hz, a <p to początkowy kąt fazowy. Sygnał taki powtarza
się co okres T równy l/f.
Uogólniając, sygnał okresowy moŜna przedstawić za pomocą szeregu Fouriera (zakładamy, Ŝe sygnał okresowy
składa się z sinusoid harmonicznych):

x(t) ^A,sin(2nft-^-(p^ +A^in(2*2nft+^... ^-A^inCn *2nft-^^)

Występowanie w sygnale składowych o róŜnych częstotliwościach przedstawić moŜna za pomocą wykresu
widmowego (jak na rysunku 9).

A a

stotliwo

ść

Rys.9 Widmo pr

ąŜ

kowe

Sygnały przejściowe są sygnałami zanikającymi do zera w określonym (skończonym) czasie. Widmo takich sygnałów
ma charakter

133

SYGNAŁY l ICH PRZETWARZANIE

gły, poniewa

(teoretycznie) sygnał taki zawiera niesko

czon

liczb

stotliwo

ci składowych.

Sygnały losowe analizujemy posługując się opisami propabilistycz-nymi i statystycznymi. Sygnały losowe
podzielić moŜna na stacjonarne i niestacjonarne, O tym. czy sygnał uznać moŜna za stacjonarny, decyduje to,
czy wyznaczone wg poniŜszego opisu xśr(t) i R(T) są stałe dla wszystkich wartości t, i T.
ZałóŜmy, Ŝe uzyskaliśmy N zapisów sygnału o lej samej długości. x^ będzie wtedy wartością średnią sygnału w
chwili t, po ilości zbiorów danych (np. dla 3 zbiorów opisujących sygnał mamy:

xJt,) - (xft^ 4-x/^ +x//^/^.

Funkcję autokorelacji R(T) wyznaczymy obliczając średnią ilo"7-. -nów dwóch próbek wziętych w dwóch
oddzielnych chwilach ^ i ^ \: KaŜdym zbiorze (z zachowaniem odległości T=r^r,), Sygnał niestacjonarny to
taki, dla którego wielkości x^ i R(T) nie zmieniają się z czasem.

Istotną sprawą przy obróbce i analizie sygnałów jest ich prezentacja. 2 uwagi na to, Ŝe mają one na ogół
charakter ciągły wśród form ich przedstawiania dominuje graficzna. W celu ułatwienia interpretacji sygnałów
stosujemy często Filtrację i wygładzanie. Wygładzanie przeprowadzić moŜna stosując np. algorytm Hanna:

y,= 0,25y^l + 0,5y, + 0,25y,+/

Naturalnie wygładzając w taki sposób ciąg danych eliminujemy z niego składowe o wyŜszych
częstotliwościach - jest to toŜsame z filtracją dolnoprzepustową. JeŜeli Filtracja zachodzi w dziedzinie czasu,
mówimy o splocie. Okno splotu to określenie, którego uŜywamy, gdy mówimy o oknie czasowym, spoza
którego sygnały zostaną wytłumione.

6.2 Przetwarzanie analogowo-cyfrowe

Przetworzenie sygnału ciągłego do postaci zdyskretyzowanej nosi nazwę przetwarzania analogowo-
cyfrowego. Sam proces podzielić moŜna na dwa etapy - próbkowanie i kwantyzację. KaŜdy z nich spełnia
inną rolę i na kaŜdym z nich pojawiają się błędy innej natury. Zakładając dwuetapowość procesu, sam
schemat przetwarzania przedstawić moŜna jak na rysunku 10.

ROZDZIAŁ 6

Sygnał we^

oowy

Próbkowanie

Kwantyzacja

10.15.20.30.25.

Rys. 10 Przetwarzanie analogowo-cyfroioe

Jak widać, wynikiem przetworzenia sygnału ciągłego jest ciąg liczb opisujących wartości kolejnych próbek. Oba
elapy procesu zostały omówione poniŜej.

Próbkowanie

Próbkowanie polega na pobieraniu próbek wejściowego sygnału w pewnych odstępach czasu (dla stałych odstępów
mówimy o próbkowaniu ze stalą częstotliwością). Wynikiem próbkowania jest szereg próbek, czyli wartości
odpowiadających uśrednionej w krótkim czasie amplitudzie- Okres, w którym sygnał wejściowy jest uśredniany, to

apertura. Dla jakości próbkowania istotne jest, aby czas aper-tury był mały w stosunku do okresu próbkowania
(czasu upływającego między pobraniem kolejnych próbek).
Jak wspomniałem, waŜnym parametrem procesu jest częstotliwość, z Jaką pobierane są próbki. Zjawiskiem mającym
bardzo niekorzystny wpływ na jakość są wahania tej częstotliwości (jej chwilowe zmiany). Nieokreśloność okresu
próbkowania nosi nazwę fluktuacji impulsów próbkujących.
Największą trudnością tego etapu przetwarzania analogowo-cyfro-wego jest niejednoznaczność. Chodzi tutaj o to, Ŝe
ten sam zbiór próbek moŜe opisywać sygnały o bardzo róŜnych przebiegach. Ilustruje to rysunek 11.

Rys.11 Efekt niejednoznaczno

W praktyce moŜe więc dojść do tego, Ŝe gdy np. spróbkujemy z odpowiednio niską częstotliwością sygnał o
przebiegu sinusoidalnym i częstotliwości f, to otrzymane próbki opisywać mogą teŜ sygnały sinusoidalne o
częstotliwościach niŜszych. Zjawisko to nosi nazwę aliasingu. Ilustruje je rysunek 12.

SYGNAŁY f fCH PRZETWARZANIE

135

Warto

ść

próbek

Rys. 12 Aliasing

Jest ono bardzo niekorzystne. Zapobiega się mu stosując tzw. filtry antyaliasingowe (lub mówiąc inaczej,
odfiltrowując składowe o zbyt wysokich częstotliwościach).
Dosyć łatwo wykazać, Ŝe częstotliwość próbkowania powinna być co najmniej dwukrotnie większa od
częstotliwości sygnału, którego przebieg chcemy opisać próbkami. Tak więc dla częstotliwości próbkowania
2f maksymalna częstotliwość przetwarzanego sygnału wynosić powinna f. W odniesieniu do dziedziny czasu
twierdzenie przybiera postać kryterium Rayleigha:

r > o.5*f

gdzie T to okres próbkowania wyraŜony w sekundach, a f to górna częstotliwość pasma, w jakim mieści się
sygnał wyraŜona w Hz.
Naturalnie nie wolno zakładać, Ŝe na sygnał nie składają się fale o wyŜszych niŜ dopuszczalne
częstotliwościach. Aby zredukować efekty niejednoznaczności, sygnał przed próbkowaniem poddaje się
filtracji dolnoprzepustowej. Oczywiście charakterystyka zastosowanego filtra nigdy nie będzie prostokątna -
składowe o częstotliwościach tylko nieznacznie wyŜszych od załoŜonej f będą tłumione słabo. Stąd wynika
konieczność próbkowania z wyŜszą niŜ 2f częstotliwością (w praktyce 4-60.

Kwantyzacja

Kwantyzacja jest procesem, który polega na przedstawieniu w postaci szeregu liczb dyskretnych ciągu
dyskretnych wartości próbek. PoniewaŜ sygnał analogowy moŜe przyjąć praktycznie nieskończoną

ROZDZIAŁ 6

liczb

stanów, kwantyzacj

potraktowa

nale

y jako przybli

enie. Podziałem sygnału wej

ciowego na ograniczon

liczb

poziomów zajmuje si

kwantyzator.

' * Wy]

Rys.13 Przykładowa charakterystyka kiDontyzatora

Proces kwantyzacji wprowadza pewien błąd związany ze skokiem kwantyzacji q. Błąd ten powoduje powstanie
szumu zwanego szumem kwantyzacji. W mierze logarytmicznej odstęp szumów kwantyzacji od sygnału
fonicznego przy kwantyzacji n-bitowej moŜna oszacować jako:

L = 6*n + 1,8 IdBj

Łatwo więc wyliczyć, Ŝe odstęp szumu kwantyzacji dla słowa 8-bi-towego (jak w SB) wynosić będzie 49,8 dB. Dla
słowa dwukrotnie dłuŜszego (16 bitów) odstęp wyniesie juŜ 97,9 dB.

6.3 Filtracja cyfrowa

Bardzo istotnym problemem z dziedziny cyfrowego przetwarzania sygnałów jest ich filtracja w dziedzinie
częstotliwości.
ZałóŜmy, Ŝe mamy sygnał, na który składa się wiele składowych o róŜnych częstotliwościach. ZałóŜmy teraz, Ŝe
zaleŜy nam na wytłumieniu składowych o danej częstotliwości. UŜyjemy wówczas nitru zaporowego. W
przypadku, gdy z sygnału chcemy „wyłowić" częstotliwości leŜące w pewnym zakresie, uŜyć musimy filtru
przepustowego.

137

SYGNAŁY / ICH PRZETWARZANIE

f i

Rys. 14 Charakterystyki filtrów dolna- i

rodkowoprzepustowego

Rysunek 14 przedstawia przykładowe charakterystyki często spotykanych typów filtrów. Kształt kaŜdej
charakterystyki zaleŜy od parametrów filtru: jego dobroci Q, częstotliwości granicznych i wzmocnienia.
Dobroć Q określa „stromość" charakterystyki.

Rys.15 Wpływ dobroci no kształt charakterystyki filtru

Większa dobroć oznacza, Ŝe wykres charakterystyki jest bardziej stromy - wzrost wzmocnienia przy
przekraczaniu częstotliwości granicznej jest szybszy.
Wzmocnienie określa stosunek amplitudy sygnału wejściowego do amplitudy sygnału wyjściowego w zakresie
częstotliwości objętych działaniem filtru:

k = AJA^.

lub w skali logarytmicznej

k = 20log(AJAJ IdBj

Najogólniejsza posiać równania opisującego działanie najprostszego filtru cyfrowego to równanie, w którym
po lewej stronie stoi y, (wartość i-tej próbki sygnału wyjściowego), a po prawej suma wymna-Ŝanych przez
stałe wartości poprzednich próbek sygnału wyjściowego oraz sygnału wejściowego x,. Wartość stałych
wyznaczyć moŜna stosując odpowiednie algorytmy.

ROZDZIAŁ 6

ym problemem filtracji cyfrowej jest czasochłonno

ść

oblicze

. Filracja realizowana w czasie

rzeczywistym wymaga bardzo du

ych mocy obliczeniowych.

A oto tekst procedury filtrującej środkowoprzepustowo wskazany obszar pamięci. Procedura wymaga następujących
parametrów:

Fsamp:word cz

stotliwo

ść

próbkowania wyra

ona w Hz,

Fsr:word cz

stotliwo

ść

rodkowa filtru,

Wzmocn:real wzmocnienie (musi by

ksze od jedno

ci),

Dobrocrreal dobro

filtru (wi

ksza od 0.707).

Bl:potnter wska

nik na bufor z danymi do przefilirowania,

B2:potnler wska

nik na bufor, gdzie procedura ma umie

przefiltrowane dane,

Liword ilo

ść

bajtów ci

gu przeznaczonego do filtracji.

procedurę Filtruj [Fsamp,Fsr:word:Wzmocn,Dobroc:real;B1,B2:pointer:L:word);

type

T8b=arrayEO..$FFFE] of byte;

var

X,Y,Z,A,B,C,D,E:rea!:

Licz:word;

3in

ifW2mocn<1 then exit; {to nie filtr zaporowy} ifDobroc<0.707then exit;

{wpierw obliczamy stałe filtracji A,B,C,D,E } X:=1/[sin[Pl

Fs^/FsampVcos[PI

Fsp/Fsamp));

Y:=Wzmocn/Dobroc;

Z:=1/Dobroc;

A^DW+Y^+D/OW+Z^+D;

B^+S^WO^+Z^+I);

C^DW-Y^+W^+Z^+I];

D:=B;

E: ^^-Z^1 l/K^łZ^1 ];

{teraz mo

emy przysc

do filtrowania } for licz: =2 to L do

TBb(B2^Klicz]:=trunct

CTabtBmiicz-S]

Tab[B1

)[^^cz-1]

Tab(B1"3[licz]

-ETabtBS^iicz-S]

-D^TabtBS^nicz-l]);

end;

139

SYGNAŁY f ICH PRZETWARZANIE

6*4 Analiza widmowa sygnału

Analiza widmowa to poj

cie odnosz

ce si

do analizy amplitudy chwilowej lub mocy chwilowej

sygnału w dziedzinie cz

stotliwo

ci. Podstawowym jej zagadnieniem jest wyznaczenie funkcji

sto

ci widmowej mocy okre

laj

cej, jak

energi

nios

składowe sygnału o ró

nych

stotliwo

ciach. Metodami pozwalaj

cymi na okre

lenie rozkładu mocy sygnału w funkcji

stotliwo

ci jego składowych s

dzy innymi bezpo

rednia metoda szybkiego przekształcenia

Fouriera i filtracja cyfrowa.

Pierwsza metoda, w najogólniejszym zarysie, polega na zastosowaniu algorytmu FFT (szybkiej transformaty
Fouriera) w celu wyznaczenia kolejnych współczynników szeregu Fouriera określających udział kolejnych
harmonicznych w sygnale.
Metoda druga polega na poddaniu sygnału wejściowego filtracji z uŜyciem filtrów przepustowych o
sąsiadujących charakterystykach, a następnie podniesieniu do kwadratu i uśrednieniu pojawiających się na ich
wyjściach wartości w celu wyznaczenia mocy „przepuszczanej" przez kaŜdy z nich składowej.
Jak wspomniałem, najczęściej interesuje nas moc poszczególnych składowych sygnału. Co oznaczać jednak
moŜe moc w odniesieniu do ciągu dyskretnych próbek? OtóŜ przez pojęcie mocy sygnału rozumieć będziemy
wartość średnią kwadratu amplitudy. Dla 4 próbek x(l), x(2), x(3) i x(4) moc wyrazimy więc następująco:

P= (x(l) *x(I)+x(2) *x(2) +x(3) ^x(3) +x(4) *x(4))/4

Pojęcie estymaty odnosi się do gęstości mocy, to znaczy określa, jaka moc przenoszona jest przez sygnały o
częstotliwościach zawierających się w przedziale l Hz (dlatego wyraŜamy ją np. w W/Hz - wat na hertz). JeŜeli
więc teraz wyobrazimy sobie np. filtr pasmowy o częstotliwości środkowej f, o szerokości pasma B, z którego
otrzymaliśmy n próbek, to estymatę wyznaczyć moŜemy ze wzoru:

G(f)=P(n)/B

Obliczanie estymat dla częstotliwości „wyławianych" przez kolejne filtry o róŜnych częstotliwościach
ś

rodkowych pozwala na wyznaczenie widma prąŜkowego mocy. W powyŜszym wzorze znak równości

naleŜałoby w zasadzie zastąpić znakiem przybliŜenia, a to z uwagi na to. Ŝe w praktyce nie zrealizujemy filtru
o nieskończenie wąskim paśmie, a ilość uśrednianych wartości jest ograniczona. W większości zastosowań nie
ma to jednak większego znaczenia.

ROZDZIAŁ 6

6.5 Rozpoznawanie mowy ludzkiej

Rozpoznawanie mowy to dziedzina, w jakiej bez cyfrowego przetwarzania sygnałów trudno byłoby mówić o
jakichkolwiek wymiernych osiągnięciach. Tymczasem wydaje się, Ŝe znalezienie prostych schematów
rozpoznawania dźwięków mowy ludzkiej przenieść nas moŜe w zupełnie nową erę komunikacji między
człowiekiem a maszyną. O ile dźwięk jako medium jest juŜ wykorzystywany przy przekazywaniu informacji przez
maszynę człowiekowi („mówiące" zegarki, całe mnóstwo udźwiękowionych programów), o tyle ciągle Jeszcze
trudno jest mówić o dwukierunkowej komunikacji. O tym, Ŝe zbliŜamy się jednak do chwili, w której nowoczesne
programy obsługiwać będziemy wypowiadając polecenia do mikrofonu, świadczyć moŜe pojawienie się np.
specjalnych aplikacji dla systemu Windows, które moŜemy „nauczyć" brzmienia prostych rozkazów wydawanych
naszym głosem. W tej części rozdziału postaram się przekazać w zarysie podstawowe informacje związane z
zagadnieniem rozpoznawania mowy.
ZłoŜoność dźwięków mowy jest pochodną skomplikowania procesu jego artykulacji. Jego brzmienie zaleŜy od
bardzo wielu czynników; własności osobniczych, intonacji, akcentu. Sygnał mowy niesie olbrzymią ilość
informacji - mózg ludzki potrzebuje zaledwie małej części, aby dokonać prawidłowego rozpoznania.
Zasadniczo biorąc najprostsza jest analiza sygnału w dziedzinie czasu - badamy wtedy jego amplitudę i szybkość
jej zmian. W odniesieniu do amplitudy stosujemy miarę logarytmiczną. Jest ona bardziej naturalna, poniewaŜ dla
dźwięków o małym natęŜeniu odczuwamy minimalną ich zmianę, a wraŜliwość naszego narządu słuchu na
zmienność sygnału dźwiękowego spada wraz ze wzrostem jego natęŜenia.
JeŜeli w sygnale zawiera się wiele częstotliwości składowych (a tak jest w przypadku sygnałów mowy), warto
skupić się nad zmianami widma sygnału w funkcji czasu. ZałóŜmy więc, Ŝe mamy szereg wykresów widmowych
obrazujący zmiany widma w dziedzinie czasu. Naturalnie porównywanie „na oko" wykresów widma nie ma
większego sensu. Dlatego naleŜy wyróŜnić kilka jego podstawowych parametrów.

Pierwszym jest średnia waŜona amplitudy składowych w widmie. Wielkość tę rozumieć moŜna jako środek
cięŜkości wykresu widmowego. W amatorskich zastosowaniach aproksymuje się go uśre-

141

SYGNAŁY / ICH PHZETWARZANfE

dnioną częstotliwością sygnału w danym przedziale czasowym. Jej oszacowanie Jest bardzo proste -
wystarczy zliczyć ilość przejść przez zero (PPZ) sygnału. I tak - załóŜmy, Ŝe mamy zapis dźwięku o czasie
trwania 10 ms (0,01 sekundy). Dźwięk próbkowaliśmy z częstotliwością 10 kHz. Mamy więc 100 próbek
(10000*0,01=100). JeŜeli teraz wystąpienie przejścia przez zero notować będziemy wtedy, gdy z dwóch
„sąsiadujących" próbek jedna będzie miała wartość poniŜej pewnej pewnej ustalonej wartości, druga -

powyŜej (będą miały przeciwne znaki), przy wystąpieniu n przejść przez zero powiemy, Ŝe uśredniona
częstotliwość sygnału równa jest około n/ (2*0,01) [l/s=Hz], W praktyce moŜliwe jest przekonanie się, Ŝe
parametr liczby przejść przez zero w zupełności wystarcza Judzkiemu mózgowi do rozpoznania dźwięku.
Łatwo przeprowadzić odpowiednie doświadczenie - wystarc/y graniczyć zakres zmian amplitudy do dwóch
wartości - jedynym zachowanym parametrem tak „okaleczonego" sygnału będzie właśnie liczba PPZ. Rysunek
16 przedstawia dwa sygnały - w pierwszym zmiany amplitudy są ciągłe, w drugim nie - jej wartości zostały
ograniczone do dwóch poziomów.

Sygna-f- wej

ciowy

Sygnał po ograniczeniu zakresu zmian amplitudy

RysJ6 Ograniczenie zakresu zmian amplitudy

Dalej przedstawiam teksty źródłowe dwóch programów. Pierwszy z nich (RAW2PPZ) na podstawie
zawartości wskazanego parame-

]42

ROZDZIAŁ 6

trem pliku tworzy drugi, o

miokrotnie krótszy. Ka

dy bit kolejnego bajtu nowego pliku koduje nam informacj

czy warto

ść

kolejnej próbki pobrana z pliku wej

ciowego przekracza pewn

warto

ść

, czy te

nie. Program

drugi, na podstawie pliku „wyprodukowanego" przez RAW2PPZ tworzy plik opisuj

cy kolejne próbki, z tym

jednak,

e amplituda (przez utrat

informacji na poprzednim etapie) mo

e przyj

ąć

tylko dwa stany. Oba

programy traktowa

na jako kompresor i dekompresor danych d

kowych. Mimo

e jedyn

informacj

zachowywan

po takiej „kompresji" jest liczba PPZ, „ro

kom presowany" d

k nadal rozpoznajemy! program

RAW2PPZ;

uses dos;

var

F:file;

Ce):flleofbyte;

D:dirstr;

N:namestr;

E;extst;r;

!le_8:lonsinC;

Buf:array[Q..71 ofbyte;

q,Bajt:byte;

begin

ifparamcounc=0t:hen

begin {gdy brak parametrów }

wriceInCU

ycie; RAW2PPZ pliki [plik2n;

halt end;

fsplii;[paramstr[1],D,N,E);

assignCF.paramscriI));

{$'-} reset[R1];

{$i+} ifioresuitoOthen

begin

writeInfBł

d otwarcia pliku!'];

hale

end;

HeJ:=filesize(F)div8;

If paramcount=1 then

assign[Cel,n+'.PPZ') { rozszerzenie ,PPZ } else

ass!gn[Cel,paramstr(2]];

rewritetCeR;

SYGNAŁY / ICH PRZETWARZANIE

repeaC

blockread[FBuf[0].83;

Ba|t:=0;

forq:=7downto O do

if BufE7-q]> 127 then Bajt: =Ba)t or t1 shl q];

wriceCCel.Belt],

dect!le_B] uncii ile_8=0;

BajC:=0;

fillchBrt6uf[Q),8,Q); {wyzerowanie bufora} blockread[F,Buf,filesize(F] mód 8); {reszta }
forq:=7downto0do

if Buft7-q]> 127 then Bajt: =Bajt or [1 shl q);

write(Cel,Baft);

close(F);

closetCel] { zamykamy i po wszystkim} end.

tekst drugiego programu:

program PPZ2RAW;

uses dos;

vsr

F:fileofbyte;

CBhftle;

D:dirstr;

N:namestr;

E:extstr;

Rozmiar: longint:

Buf:arr8y[0..7]ofbyte:

q.Bajt:byte;

begin

if paramcount:=0 then

begin {brak parametrów}

wnteInfU

ycie: PPZ2RAW pliki [plik21');

halt end;

fsplittparamstr(1),a,N,E);

assigntF.paramstKD);

{Si-} resettF]; { próba otwarcia pliku }

{$i+} ifiaresultoOthen begin

wrIteInCBl

d otwarcia pliku !'3;

halt

ROZDZIAŁ 6

end, rozmiar. =fi!esizs[R, if paramcount=1 chen

assign(Ce! N-'.RAW') { do pliku z rozszerzeniem RAW } else

assigntCel,parametry]);

re^nte[Cel,1]; { utworzenie }

repeat

read[F,BajC); { odczyt pojedynczego bajCu }

fillchar[Buf[Q],Q,0]; {wyzerowanie bufora }

forq:=7downto O do

ifBajtandCl shiq) oOthen Buf[7-q]:=12B;

blockwnte[Cel,Buf[0],8); { zapis 8-miu bajtów }

dectr-ozmiari untii Rozmiar=G;

close[F);

closeCCeD { zamykamy oba pliki i juŜ }

end.

Za drugi wa

ny parametr uzna

na szeroko

ść

widma, której zmiany w czasie tak

e nios

informacje o przebiegu

procesu artykulacji.

Oprócz tego przy analizowaniu dźwięków mowy zwraca się uwagę na tzw. formanty. Co to? ZałóŜmy, Ŝe mamy
dany wykres widmowy jak na rysunku 17.

fl f2 f3 f

Rys J 7 Przykładowy wykres widmowy

Widzimy na nim trzy maksima. Częstotliwości, dla których je obserwujemy (fl,f2,f3), to właśnie formanty. Ich
połoŜenie i wielkość ulegają zmianie w czasie i wiele mówią o procesie emisji dźwięków. W mowie wyróŜnić moŜna
kilka formantów. KaŜdego z nich poszukujemy w innym przedziale częstotliwości. Analiza formantów jest dość
wygodna, bo zmieniają one swoje połoŜenie i wielkość dosyć wolno. Pewnych trudności nastręcza głównie ich
odnalezienie. Wyobraźmy sobie, Ŝe dysponujemy widmem prąŜkowym (otrzymanym np. w wyniku zastosowania
szybkiej transformaty Fouriera) jak na rysunku 18.

SYGNAŁY f ICH PRZETWARZANIE

145

RysJ 8 Widmo pr

ąŜ

kowe

Mimo Ŝe na pierwszy rzut oka trudno jest odnaleźć częstotliwość, której udział w badanym sygnale jest
największy, moŜna postarać się aproksymować przebieg krzywej widmowej i załoŜyć np. Ŝe częstotliwość
formantu równa jest 0,5(fl+f2).

prawdopodobne poło

enie maksimum

Rys. 19 Aproksymacja przebiegu wykresu widmowego W procesie wykrywania formantów często stosuje się
sieci neuronowe.
Wydzielenie parametrów ściśle powiązanych z procesem artykulacji jest kluczowym problemem w dziedzinie
rozpoznawania mowy. Gdy je wyznaczymy, pozostaje nam przyrównywanie otrzymanych wielkości do tych,
jakie wyznaczyliśmy w procesie uczenia. Naturalnie nie jest to proste. JeŜeli jednak zbiór parametrów
opisujących dokonane nagranie potraktujemy jako pewien obiekt, to odnalezienie klasy, do której on naleŜy,
jest JuŜ problemem innej natury. Najogólniej rzecz biorąc, identyfikacji dokonuje się najczęściej przyjmując
istnienie pewnej „przestrzeni cech", w której kaŜdy wymiar opisuje inny parametr. KaŜdej klasie obiektów,

które mają podlegać identyfikacji, przypisujemy pewną przestrzeń, której granice wyznaczane są przez
wartości kaŜdej ze współrzędnych-parametrów. Obiekt naleŜy do klasy, jeśli punkt w przestrzeni cech
wyznaczany przez jego parametry mieści się w „objętości" tej klasy. JeŜeli parametry ulegają zmianom w
dziedzinie czasu, to naturalnie dokładamy jeszcze współrzędną czasu i zamiast punktu otrzymujemy krzywą.

I tak na przykład, gdy dźwięk rozpoznajemy tylko na podstawie zmienności liczby przejść przez zero, to mamy
do czynienia z prze-

ROZDZIAŁ 6

strzeni

dwuwymiarow

(płaszczyzn

). Ka

dy punkt na tej płaszczy

nie wyznaczaj

współrz

dna czasu i

liczby przej

ść

przez zero. Je

eli rozpoznaniu ma np. podlega

cały wyraz, to ka

de kolejne nagranie

pozostawi na tej płaszczy

nie

lad w postaci krzywej nios

cej informacje o zachowaniu liczby PPZ w

funkcji czasu. „

lady" wielu nagra

dokonywanych w procesie uczenia wyznacz

na naszej płaszczy

nie

cech obszar. Je

eli teraz dokonujemy nowego nagrania, to „nakładamy" otrzyman

krzyw

na taki

„wzorzec" i podejmujemy decyzj

- albo wypowiedziane słowo zaliczamy do klasy (krzywa zmie

ciła si

obszarze), albo nie. Naturalnie takie podej

cie do problemu ma pewne wady. Mo

e okaza

e obszar

jest tak „pojemny" (podczas uczenia brało udział wiele osób wypowiadaj

cych słowo z ró

nym akcentem i

intonacj

e krzywa zmie

ci si

we wzorcu, mimo

e opisuje zupełnie inny obiekt. Có

. mo

na wi

c na

przykład bada

tendencje krzywej (do wzrostu, do spadku) - konieczne jest wówczas ró

niczkowanie

przebiegu PPZ(t) w pewnych przedziałach czasu.

Istotnym problemem, o jakim nie wolno nam zapominać, jest takŜe normalizacja dokonywanych nagrań. Mówiąc
prosto, chodzi o „wyrównywanie" nagrań przed ich analizą. KaŜdy z ludzi wypowiada to samo słowo inaczej. Dla
przykładu; imię „Kasia" moŜe być przez jedną osobę wypowiedziane jako „Kaasia", przez drugą: „Kassiia". l nie
wystarczy tutaj zwykłe przeskalowanie w dziedzinie czasu -róŜne są bowiem takŜe proporcje między czasem
wypowiadania kolejnych fonemów (elementarna część dźwięku mowy - jak litera w alfabecie).

FORMAT WAV

147

7, FORMAT WAV

Format WAV (Microsoft Waveform Audio File) to format zapisu danych d

kowych u

ywany przez

programy pracuj

ce pod kontrol

systemu Microsoft Windows. My

e jego znajomo

ść

e si

przyda

np. przy tworzeniu oprogramowania d

kowego mog

cego współpracowa

z aplikacjami

Windows.

Pliki zapisywane w formacie WAV spełniają załoŜenia struktury RIFF

(Resource Interchange File Format).

Podstawowym elementem pliku jest pakiet o następującej budowie:

• Identyfikator pakietu - czleroznakowy ciąg „RIFF"

• Ilość danych w pakiecie (dana 4-bajtowa)

Pakiet danych o długości specyfikowanej w poprzedzającej go

części

Pakiet RIFF składać się moŜe z podstruktur róŜnych formatów i przechowujących róŜne typy danych. Nas
interesują tylko dane dźwiękowe. I lak, „podpakiet" formatu WAVE ma następującą strukturę:

• Identyfikator (4-znakowy ciąg „WAYE")

Pakiet formatu (przechowuje parametry dotyczące danych)

• Pakiet danych

HOZDZIAŁ 7

Na pakiet formatu składaj

kolejno:

1. Identyfikator pakietu formatu (4-znakowy ciąg „fmt ")
2. 4-bajlowe słowo przechowujące długość dalszej części pakietu
3. 2 bajty przechowujące wartość odpowiadającą rodzajowi formatu
4. 16-bitowe słowo przechowujące ilość kanałów (dla dźwięku mono ma wartość l, dla stereo - 2)
5. Czterobajtowe słowo określające częstotliwość próbkowania w Hz uŜyta przy zapisie danych
6. Dana czterobajtowa charakteryzująca prędkość przepływu danych (wyraŜoną w bajtach na sekundę). Wielkość
uwzględnia liczbę kanałów. Na przykład dla monofonicznego dźwięku sprób-kowanego 8-bitowo z częstotliwością
10 kHz wartość słowa równa jest 10000 [bajtów/sęk]
7. Wielkość (2-bajtowa) określająca wyrównanie danych w pakiecie danych (w bajtach). Dla próbkowania 8-
bitowego równa jest ilości kanałów

8. Dwa bajty przeznaczone na inne parametry Pakiet danych formatu WAVE ma postać:
1. Identyfikator (ciąg „data" 4-znakowy)
2. 4-bajtowe słowo określające długość pakietu danych (bez uwzględnienia pierwszych 8 bajtów - na identyfikator i
długość)
3. Wartości kolejnych próbek dźwiękowych PoniŜej przedstawiam krótki programik, którego działanie polega na
wyświetlaniu parametrów wskazanego przy wywołaniu pliku zapisanego w formacie WAV:

program ShowWAY;

type

Header=record

RIFFId:array[1..4]ofchar;

CLen:longint;

WAVEId:arTay[1.,4]ofcnar;

FMTId:arr'8yt1..4] ofchar:

FMTLen:longint;

FMTTag:word;

Channels:word;

Fpeq;longint:;

Transmis;bngirt;

B/ces:vwrd;

FORMAT WAV

Bts.word:

DATAId,array[1,,4] of char, DATALen;longint

end:

var

f:file:

Bu^painter;

begm

if paramcountol then begm

wnteInfUzycie, ShowWAV plik'),

halt end, assign(f,paramstr[1)]:

1$!-}

reset(f,1); { próba otwarcia pliku } {$!+} ifioresultoOthen begin

wnteInCBtad otwarcia pliku !');

halt { nie udało si

} end;

getmem[Buf,sizeof[Header)]; { pami

ęć

} blockreadtf.Buf^sizeoftHeaderIJ; { odczyt} ctosetfl; { zamykamy plik} with

HeadertBuf) do begin

wnteh:

whCefPlik : ');

writeln[paramstr[1)3:

writeETyp ; '3;

ifChanne!s=1 then writelnt'MONO'1 elsewnteln['STEREO'l;

writeInfCz

stotiiwo

ść

: ',Freql;

writeInCHo

ść

bajtów : 'iDATALen);

writeln('-> Czas Es]: ',DATALen/frcq:5:2) end

end.

ROZDZIAŁ?

LITERATURA

]5]

LITERATURA

[l ] K.G. Beauchamp „Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i

cyfrowymi", WNT, 1978

|2| N. Kilen „Z Turbo Pascalem w gł

b systemu", LYNX-SFT, 1994 [3)

P. Norton „The New Peter Norton Programmer^s guide to the IBM

PC & PS/2", Microsoft Press, 1988 [4] A. Stolz „Le grand Iwre de
la Sound Blaster", Micro Application.

1992

[5] R. Tadeusiewicz „Sygnał mowy", WKŁ, 1988 [6] A. Wojtkiewicz
„Elementy syntezy Filtrów cyfrowych". WNT, 1984 [7] „Sound Blaster
Deueloper Kit", Creative Labs Inc.. 1990