Realtime sound spectrogram using FFT or linear prediction. Spectrogram is displayed on the display of PC. リアルタイム・スペクトログラム.解析の手法:FFT,線形予測法.スペクトログラムは PC のディスプレー装置に表示される.PC 側のプログラム:F446_Spectrogram.
Dependencies: Array_Matrix mbed SerialTxRxIntr F446_AD_DA UIT_FFT_Real
main.cpp
- Committer:
- MikamiUitOpen
- Date:
- 2017-02-21
- Revision:
- 1:cc596a8d40c9
- Parent:
- 0:a539141b9dec
- Child:
- 2:acc16e3f91ac
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//--------------------------------------------------------------------- // スペクトログラム (Nucleo-F446RE 用),条件等を PC から受け取るテスト // // ● ST-Link Firmware の V2.J28.M16 で動作確認 // // ● ST-Link Firmware のアップグレードには stsw-link07.zip // に含まれている "ST-LinkUpgrade.exe" を使う // // ● PC 側のプログラム: "F446_Spectrogram" // ● ボーレート: 460800 baud // ● 受信データの文字列の終了マーク: "\r" // // 2017/02/21, 三上 直樹 //--------------------------------------------------------------------- #include "mbed.h" #include <string> #include "myFunctions.hpp" #include "Array.hpp" #include "F446_ADC_Interrupt.hpp" #include "FFT_Analyzer.hpp" #include "LPC_Analyzer.hpp" using namespace Mikami; #ifndef __STM32F446xx_H #error "Use Nucleo-F446RE" #endif const int N_FFT_ = 512; // FFT の点数 const int N_DATA_ = N_FFT_ + 1; // スペクトル解析に使うデータ数(差分処理を考慮) const int N_FRAME_ = N_FFT_/2 + 1; // 1フレーム当たり標本化するデータ数 const int N_FFT_2_ = N_FFT_/2; // FFT の点数の半分 const float AMP_ = 1.0f/2048.0f; // uint16_t 型のデータを float 型に変換する際の定数 uint16_t xPing_[N_FRAME_]; // 標本化したデータのバッファ1 uint16_t xPong_[N_FRAME_]; // 標本化したデータのバッファ2 uint16_t *inPtr_ = xPing_; // AD 変換データの格納先を指すポインタ uint16_t *outPtr_ = xPing_; // 取り出すデータを指すポインタ __IO int inCount_ = 0; // 入力データのカウンタ __IO int pingPong_ = 0; // 入力データの格納先,0: xPing_[], 1: xPong_[] __IO bool full_ = false; // AD 変換データが満杯のとき true const int FS_ = 16000; // 標本化周波数: 16 kHz AdcDual_Intr myAdc_(FS_); // "F446_ADC_Interrupt.hpp" で定義 DacDual myDac_; // "F446_DAC" で定義 // FFT によるスペクトル解析オブジェクトの生成 FftAnalyzer *fftAnlz_ = new FftAnalyzer(N_DATA_, N_FFT_); // 線形予測法 によるスペクトル解析オブジェクトの生成 LpcAnalyzer *lpcAnlz_ = new LpcAnalyzer(N_DATA_, N_FFT_, 20); AnalyzerBase *analyzer_ = fftAnlz_; Serial pc_(USBTX, USBRX); // PC との通信で使うオブジェクト DigitalOut myLed_(D10, 1); // LED1 が使えないので D10 を使う DigitalOut pulse(D2, 0); // 時間測定用 const int DATA_SIZE_ = N_FFT_/2 + 1; Array<int16_t> txData_(DATA_SIZE_); // 送信用データ string rxBuffer_; // 受信バッファ float levelShift_ = 20; // dB 計算の際のシフト量の初期値 float empha_ = 1.0f; // 高域強調器の係数 __IO bool eol_; // "\r" を受信した場合に true // 入力チャンネルを選択する関数とそれを割り当てる関数ポインタ float InputL(float x1, float x2) { return x1; } float InputR(float x1, float x2) { return x2; } float InputLR(float x1, float x2) { return (x1 + x2)/2; } typedef float (*FP_INPUT)(float, float); FP_INPUT InputCurrent = InputLR; // 最初は左右チャンネルを使う FP_INPUT InputNew = InputCurrent; // ADC 変換終了割り込みに対する割り込みサービス・ルーチン void AdcIsr() { uint16_t sn1, sn2; myAdc_.Read(sn1, sn2); uint16_t xn = InputCurrent(sn1, sn2); inPtr_[inCount_] = xn; myDac_.Write(xn, xn); if (++inCount_ >= N_FRAME_) // データが満杯か調べる { full_ = true; // データが満杯 inCount_ = 0; // 以降のデータ取得のため pingPong_ = (pingPong_+1) & 0x01; // バッファの切り替えのため inPtr_ = (pingPong_ == 0) ? xPing_ : xPong_; // バッファのポインタ指定 InputCurrent = InputNew; // 入力の切り替え analyzer_->SetHighEmphasizer(empha_); // 高域強調の有無の指令 } } int main() { float sn[N_DATA_]; // スペクトル解析の対象となるデータ float db[N_FRAME_]; // 解析結果である対数スペクトル [dB] for (int n=0; n<N_DATA_; n++) sn[n] = 0; for (int n=0; n<N_FRAME_; n++) xPong_[n] = 2048; // uint16_t 型の 0 に対応 rxBuffer_ = ""; // 受信バッファのクリア eol_ = false; pc_.baud(115200*4); // ボーレートの設定 pc_.format(); // default: 8 bits, nonparity, 1 stop bit NVIC_SetPriority(ADC_IRQn, 1); // AD変換終了割り込みの優先度が最高 NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 2); pc_.attach(&Rx); // 受信割り込みの割り当て full_ = false; myAdc_.SetIntrVec(&AdcIsr); // AD変換終了割り込みの割り当て __IO bool ready = false; // スペクトルの計算終了で true __IO bool okGo = false; // "GO" を受信したら true while (true) { // PC からのコマンドの解析 if (eol_) { if (rxBuffer_.find("ENQ") != string::npos) pc_.printf("ACK\n"); // "ACK" を PC へ転送 else if (rxBuffer_.find("GO") != string::npos) { // rxBuffer_ の内容 // [0] 'G' // [1] 'O' // [2] 入力チャンネルの選択:'L', 'R', or '+' // [3] スペクトルの値のレベルシフト:' ' ~ 'I' が -20 ~ 20 に対応 // [4] 高域強調器の有無:'Y', 'N' // [5] 解析方法 F: FFT,L: 線形予測法 switch (rxBuffer_[2]) // 'L', 'R', or '+' { case 'L': InputNew = InputL; break; case 'R': InputNew = InputR; break; case '+': InputNew = InputLR; break; default : InputNew = InputLR; break; } levelShift_ = (float)(rxBuffer_[3] - ' '); // dB 計算の際のシフト量 if (rxBuffer_[4] == 'Y') empha_ = 1.0f; // 高域強調器は有 else empha_ = 0; // 高域強調器は無 if (rxBuffer_[5] == 'F') analyzer_ = fftAnlz_; // FFT else analyzer_ = lpcAnlz_; // 線形予測法 okGo = true; // データの転送要求あり } eol_ = false; rxBuffer_ = ""; // 受信バッファのクリア wait_ms(1); } if (full_) // 入力データが満杯かどうか調べる { full_ = false; outPtr_ = (pingPong_ == 1) ? xPing_ : xPong_; // フレームの後半のデータを前半に移動する for (int n=0; n<N_FFT_2_; n++) sn[n] = sn[n+N_FRAME_]; // フレームの後半には新しいデータを格納する for (int n=0; n<N_FRAME_; n++) sn[n+N_FFT_2_] = AMP_*(outPtr_[n] - 2048); analyzer_->Execute(sn, db); // スペクトル解析の実行 const float FACTOR = 4095.0f/60.0f; // 表示範囲: 0 ~ 60 dB for (int n=0; n<DATA_SIZE_; n++) { int16_t spc = (int16_t)(FACTOR*(db[n] + 30.0f + levelShift_)); if (spc > 4095) spc = 4095; if (spc < 0) spc = 0; txData_[n] = spc; } ready = true; // スペクトル解析終了 } // 転送要求がありスペクトル解析が終了している場合にデータを PC へ転送する if (okGo && ready) { Xfer(txData_); // データを PC へ転送 ready = false; okGo = false; } } }