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
Diff: main.cpp
- Revision:
- 0:a539141b9dec
- Child:
- 1:cc596a8d40c9
diff -r 000000000000 -r a539141b9dec main.cpp --- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/main.cpp Fri Feb 17 04:55:10 2017 +0000 @@ -0,0 +1,192 @@ +//--------------------------------------------------------------------- +// 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" +// +// 2017/02/17, 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_ = 0.8f; // 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_ = 0.8f; // 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; + } + } +}