不韋 呂
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
Revision 7:5ba884060d3b, committed 2019-11-24
- Comitter:
- MikamiUitOpen
- Date:
- Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000
- Parent:
- 6:c38ec7939609
- Commit message:
- 8
Changed in this revision
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b Array_Matrix.lib --- a/Array_Matrix.lib Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000 +++ b/Array_Matrix.lib Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000 @@ -1,1 +1,1 @@ -http://mbed.org/users/MikamiUitOpen/code/Array_Matrix/#a25dba17218c +https://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/Array_Matrix/#d9dea7748b27
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b DoubleBufferMatrix.hpp
--- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/DoubleBufferMatrix.hpp Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000
@@ -0,0 +1,59 @@
+//--------------------------------------------------------
+// ダブル･バッファの template クラス
+// バッファに２次元配列（Matrix クラス）を使用
+//
+// 2019/11/22, Copyright (c) 2019 MIKAMI, Naoki
+//--------------------------------------------------------
+
+#ifndef DOUBLE_BUFFER_MATRIX_HPP
+#define DOUBLE_BUFFER_MATRIX_HPP
+
+#include "Matrix.hpp"
+using namespace Mikami;
+
+template<class T> class DoubleBuffer
+{
+public:
+ // コンストラクタ
+ explicit DoubleBuffer(int size, T initialValue = 0)
+ : N_(size), buf_(2, size, initialValue), ping_(0), pong_(1),
+ index_(0), full_(false) {}
+
+ // データを格納
+ void Store(T data) { buf_[ping_][index_++] = data; }
+
+ // 出力バッファからデータの取り出し
+ T Get(int n) const { return buf_[pong_][n]; }
+
+ // バッファが満杯でバッファを切り替える
+ bool IsFullSwitch()
+ {
+ if (index_ < N_) return false;
+
+ ping_ ^= 0x1; // バッファ切換えのため
+ pong_ ^= 0x1; // バッファ切換えのため
+ index_ = 0;
+ full_ = true;
+ return true;
+ }
+
+ // バッファが満杯で，true を返す
+ bool IsFull()
+ {
+ bool temp = full_;
+ if (full_) full_ = false;
+ return temp;
+ }
+
+private:
+ const int N_; // バッファのサイズ
+ Matrix<T> buf_; // バッファ
+ int ping_, pong_; // バッファ切替用
+ int index_; // 入力データのカウンタ
+ bool full_; // 満杯の場合 true
+
+ // コピー･コンストラクタおよび代入演算子の禁止のため
+ DoubleBuffer(const DoubleBuffer&);
+ DoubleBuffer& operator=(const DoubleBuffer&);
+};
+#endif // DOUBLE_BUFFER_MATRIX_HPP
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b MySpectrogram/FFT_Analyzer.cpp
--- a/MySpectrogram/FFT_Analyzer.cpp Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000
+++ b/MySpectrogram/FFT_Analyzer.cpp Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000
@@ -1,7 +1,7 @@
//-------------------------------------------------------
// Class for spectrum analysis using FFT
//
-// 2018/11/04, Copyright (c) 2018 MIKAMI, Naoki
+// 2018/11/24, Copyright (c) 2018 MIKAMI, Naoki
//-------------------------------------------------------
#include "FFT_Analyzer.hpp"
@@ -17,7 +17,7 @@
fft_.Execute(xn, yFft_); // Execute FFT
// Translate to dB
- for (int n=2; n<=N_FFT_/2; n++)
+ for (int n=0; n<=N_FFT_/2; n++)
yn[n] = 10.0f*log10f(Norm(yFft_[n]));
}
}
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b SerialTxRxIntr.lib --- a/SerialTxRxIntr.lib Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000 +++ b/SerialTxRxIntr.lib Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000 @@ -1,1 +1,1 @@ -http://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/SerialTxRxIntr/#190d94fba10d +https://os.mbed.com/users/MikamiUitOpen/code/SerialTxRxIntr/#a90a9abeaea0
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b Xfer.hpp
--- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/Xfer.hpp Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000
@@ -0,0 +1,58 @@
+//---------------------------------------------------------------------
+// スペクトル解析の結果を PC へ転送するためのクラス
+//
+// 2019/11/24, Copyright (c) 2019 MIKAMI, Naoki
+//---------------------------------------------------------------------
+
+#include <string>
+#include "Array.hpp"
+#include "SerialRxTxIntr.hpp"
+using namespace Mikami;
+
+#ifndef XFER_CONVERT_TOPC_HPP
+#define XFER_CONVERT_TOPC_HPP
+
+class Xfer
+{
+public:
+ // コンストラクタ
+ Xfer(SerialRxTxIntr& rxTx, int size)
+ : SIZE_(size), xn_(size), rxTx_(rxTx) {}
+
+ // スペクトル解析の結果を転送する形式に変換
+ void Convert(const float db[], float levelShift)
+ {
+ static const float FACTOR = 10000.0f/80.0f; // 表示範囲： 0 ～ 80 dB
+ for (int n=0; n<SIZE_; n++)
+ {
+ float xDb = FACTOR*(db[n] + 30.0f + levelShift);
+ if (xDb > 10000) xDb = 10000;
+ if (xDb < 0) xDb = 0;
+ xn_[n] = (uint16_t)xDb;
+ }
+ }
+
+ // データを PC へ転送（0 ～ 10,000 の範囲の値を 2 文字で表すコード化を利用）
+ void ToPC()
+ {
+ string str = "";
+ for (int n=0; n<SIZE_; n++)
+ {
+ div_t a = div(xn_[n], 100);
+ str += a.quot + 0x10;
+ str += a.rem + 0x10;
+ }
+ rxTx_.Tx(str+"\n");
+ rxTx_.Tx("EOT\n");
+ }
+
+private:
+ const int SIZE_; // PC に送るデータ数
+ Array<uint16_t> xn_; // PC に送るデータ
+ SerialRxTxIntr& rxTx_;
+
+ // コピー･コンストラクタおよび代入演算子の禁止のため
+ Xfer(const Xfer&);
+ Xfer& operator=(const Xfer&);
+};
+#endif // XFER_CONVERT_TOPC_HPP
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b main.cpp
--- a/main.cpp Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000
+++ b/main.cpp Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000
@@ -14,16 +14,17 @@
// ● 出力 A2: 左チャンネル，D13 右チャンネル
// 入力をそのまま出力する
//
-// 2018/11/04, Copyright (c) 2018 MIKAMI, Naoki
+// 2018/11/24, Copyright (c) 2018 MIKAMI, Naoki
//---------------------------------------------------------------------
#include "mbed.h"
#include <string>
-#include "myFunction.hpp"
#include "Array.hpp"
#include "F446_ADC_Interrupt.hpp"
#include "FFT_Analyzer.hpp"
#include "LPC_Analyzer.hpp"
+#include "DoubleBufferMatrix.hpp"
+#include "Xfer.hpp"
using namespace Mikami;
#ifndef __STM32F446xx_H
@@ -34,30 +35,11 @@
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.cpp/hpp" 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_; // 最初は FFT を使う
-
-SerialRxTxIntr rxTx_(32, 115200*4); // PC との通信用
-
-float empha_ = 1.0f; // 高域強調器の係数
+DoubleBuffer<float> buf_(N_FRAME_); // AD の結果を保存するダブル･バッファ
// 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; }
@@ -70,50 +52,48 @@
// 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;
+ float sn1, sn2;
myAdc_.Read(sn1, sn2);
- uint16_t xn = InputCurrent(sn1, sn2);
- inPtr_[inCount_] = xn;
+ float xn = InputCurrent(sn1, sn2);
+ buf_.Store(xn); // バッファへ格納
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
- }
+ if (buf_.IsFullSwitch()) // バッファが満杯であればバッファを切り替える
+ InputCurrent = InputNew; // 入力の切り替え
}
int main()
{
- const int DATA_SIZE = N_FFT_/2 + 1;
- Array<uint16_t> txData(DATA_SIZE); // 送信用データ
- 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
+ // 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_; // 最初は FFT を使う
+ float empha = 1.0f; // 高域強調器の係数
+
+ SerialRxTxIntr rxTx(32, 115200*4); // PC との通信用
+ Xfer tx(rxTx, N_FFT_/2+1); // PC に転送するためのオブジェクトの生成
+
+ Array<float> sn(N_FFT_, 0.0f); // スペクトル解析の対象となるデータ
+ Array<float> db(N_FRAME_); // 解析結果：対数スペクトル [dB]
NVIC_SetPriority(ADC_IRQn, 0); // AD変換終了割り込みの優先度が最高
NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1);
float levelShift = 20; // dB 計算の際のシフト量の初期値
- full_ = false;
- __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
+ bool ready = false; // スペクトルの計算終了で true
+ bool okGo = false; // "GO" を受信したら true
myAdc_.SetIntrVec(&AdcIsr); // AD変換終了割り込みの割り当て
while (true)
{
// PC からのコマンドの解析
- if (rxTx_.IsEol()) // 受信バッファのデータが有効になった場合の処理
+ if (rxTx.IsEol()) // 受信バッファのデータが有効になった場合の処理
{
- string str = rxTx_.GetBuffer();
+ string str = rxTx.GetBuffer();
if (str == "Spectrogram")
- rxTx_.Tx("ACK\n"); // PC からの "Spectrogram" に対して "ACK" を送信する
+ rxTx.Tx("ACK\n"); // PC からの "Spectrogram" に対して "ACK" を送信する
else if (str.substr(0, 2) == "GO")
{
// str の内容
@@ -134,46 +114,35 @@
levelShift = (float)(str[3] - ' '); // dB 計算の際のシフト量
- if (str[4] == 'Y') empha_ = 1.0f; // 高域強調器は有
- else empha_ = 0; // 高域強調器は無
+ if (str[4] == 'Y') empha = 1.0f; // 高域強調器は有
+ else empha = 0; // 高域強調器は無
- if (str[5] == 'F') analyzer_ = fftAnlz_; // FFT
- else analyzer_ = lpcAnlz_; // 線形予測法
+ if (str[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
}
}
- if (full_) // 入力データが満杯かどうか調べる
+ if (buf_.IsFull()) // 入力データが満杯の場合，以下の処理を行う
{
- 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
+ sn[n+N_FFT_2_] = buf_.Get(n);
- const float FACTOR = 10000.0f/80.0f; // 表示範囲： 0 ～ 80 dB
- for (int n=0; n<DATA_SIZE; n++)
- {
- float xDb = FACTOR*(db[n] + 30.0f + levelShift);
- if (xDb > 10000.0f) xDb = 10000.0f;
- if (xDb < 0.0f) xDb = 0.0f;
- uint16_t spc = (uint16_t)xDb;
- txData[n] = spc;
- }
- ready = true; // スペクトル解析終了
+ analyzer->SetHighEmphasizer(empha); // 高域強調の有無の指令
+ analyzer->Execute(sn, db); // スペクトル解析の実行
+ tx.Convert(db, levelShift); // スペクトル解析の結果を転送する形式に変換
+ 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
+ tx.ToPC(); // データを PC へ転送
ready = false;
okGo = false;
}
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b mbed.bld --- a/mbed.bld Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000 +++ b/mbed.bld Sun Nov 24 11:14:01 2019 +0000 @@ -1,1 +1,1 @@ -http://mbed.org/users/mbed_official/code/mbed/builds/a7c7b631e539 \ No newline at end of file +https://os.mbed.com/users/mbed_official/code/mbed/builds/65be27845400 \ No newline at end of file
diff -r c38ec7939609 -r 5ba884060d3b myFunction.hpp
--- a/myFunction.hpp Sun Nov 04 10:41:02 2018 +0000
+++ /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
@@ -1,31 +0,0 @@
-//---------------------------------------------------------------------
-// データを PC へ転送
-//
-// 2018/10/07, Copyright (c) 2018 MIKAMI, Naoki
-//---------------------------------------------------------------------
-
-#include <string>
-#include "Array.hpp"
-#include "SerialRxTxIntr.hpp"
-using namespace Mikami;
-
-#ifndef MY_FUNCTION_XFER_HPP
-#define MY_FUNCTION_XFER_HPP
-
-extern SerialRxTxIntr rxTx_;
-
-// データを PC へ転送（0 ～ 10,000 の範囲の値を 2 文字で表すコード化を利用）
-void Xfer(Array<uint16_t> &xn)
-{
- string str = "";
- for (int n=0; n<xn.Length(); n++)
- {
- div_t a = div(xn[n], 100);
- str += a.quot + 0x10;
- str += a.rem + 0x10;
- }
- rxTx_.Tx(str+"\n");
- rxTx_.Tx("EOT\n");
-}
-
-#endif // MY_FUNCTION_XFER_HPP