Kódování již preemfázovaného analogového zvuku do ASCII-artu C

sppm_preemphasized() (Sample Peak Programme Meter) pouze měří sílu záznamu na pásce, abychom věděli, zda jsme nějaký vzorek nepřepálili a nemuseli ho ořezat, čímž by se náš vytříbený audiofilní čistě analogový HiFi zvuk s kabely z bezkyslíkaté mědi zkazil.

Slovo peak znamená že se měří okamžité hodnoty nikoliv průměr v určitém čase jak je to u VU metru, srovnání je ve výše uvedeném videu.

Elektronika analogového ručkového peak programme meteru

Autor: Harumphy

Potom se lišácky pouze rozsah –1…+1 přepočte na rozsah 0…+1, který chutná procesu analogizace, a vstoupí se do tomu příslušející rutinyemit_smooth_01() v souboru c_rec.c programu VAC:

static inline void emit_smooth_11(unsigned *old_real_dig, double smooth_11)
{
        sppm_preemphasized(smooth_11);
        if (!measure){
                emit_smooth_01(old_real_dig, (smooth_11+1)/2);
        }
}

Rutina emit_smooth_01() analogizuje analogovou hodnotu na digiální symbol. Ten potom odečte od předchozího digitálního symbolu. Tím se z dat vybouchá další entropie, protože vzorky mívají hodnoty podobné předchozím vzorkům, hodnoty signálu neskáčou po celém rozsahu náhodně. Tím se vytvoří statistické rozložení, které je nahromaděné kolem 0 a dobře se následně komprimuje pomocí  bzip -9.

Chytře se přitom ještě využije cyklické nátury modulární aritmetiky, takže se nemusí téměř zdvojnásobit počet symbolů. Kdybychom měli 10 symbolů, museli bychom mít 19 symbolů pro rozdíly –10 až +10, ale protože cyklická modulární aritmetika jaksi funguje tam i zpátky tak se žádná informace neztratí a na konci vypadnou zase ta stejná data, co jsme dali na začátku, a žádnou větší sadu symbolů, která by mohla zkazit kompresi, nepotřebujeme.

Protože operace % nemá na záporných číslech ty vlastnosti, co potřebujeme, musíme se záporných číslům vyhnout, proto se tam různě přičítá analogize_n. analogize_n_half je polovička rozsahu symbolů: pokud se symboly nemění, generuje se jakási „nula“, která nemusí být přesně nula, když nula padne na půl cesty mezi dva symboly. To je z důvodu, aby neměnná křivka na ASCII artu vypadala jako samé mezery.

static inline void emit_smooth_01(unsigned *old_real_dig, double smooth_01)
{
        unsigned long real_digit;
        unsigned long diff_digit_low;

        real_digit=analogize(smooth_01, analogize_n); /* Silence produces on average analogize_n_half or analogize_n_half+0.5 */
        /* Here real digit >=0...<analogize_n */
        /* This is where clipping would occur so let's do the SPPM here too */
        diff_digit_low=(real_digit+analogize_n-*old_real_dig+analogize_n_half)%analogize_n;
        *old_real_dig=real_digit;

        emit_diff_digit(diff_digit_low);
}

Proces analogizace je standardní . Střídavý pseudonáhodný předmagnetizační signál analogizace se přičte, pak se kvantizuje, a v přijímači se potom tentýž pseudonáhodný signál odečte. Vzniklý kanál je doopravdy analogový, není to ani přidávání šumu ani dithering s distribucí chyby:

/* Returns 0...n_levels-1 */
static inline unsigned long analogize(double in_01, unsigned long n_levels)
{
        double random_half_half;
        random_half_half=generate_random_half_half();

        return analogize_specify_prs(in_01, n_levels, random_half_half);
}

Funkce generate_random_half_half generuje pseudonáhodné číslo v rozsahu –0,5…+0,5 přičemž –0,5 tam být může a +0,5 ne. Používá se Marsagliův xorshift* 64 bitů. Dr. Marsaglia již tu s námi není, nicméně jeho pseudonáhodné generátory stále ano a fungují stejně dobře jako vždycky.

uint64_t prn=xorshift64s(state);
return ldexp(prn, -64)-0.5;

Diferenciální digitální číslice – tedy diff_digit – jde do funkce emit_diff_digit(). Ta se rozhoduje, zda se číslice vejde do jednoho znaku na pásce nebo musí do 2. Protože 1 znak pojme maximálně 92 různých hodnot kvůli, které jsou čitelné na obrazovce a nemusí se zadávat jako víceznakové escape kódy.

static inline void emit_diff_digit(unsigned diff_digit_low)
{
        /* C source code emit */
        if (analogize_n>STRBASE){
                emit_diff_digit_C2(diff_digit_low);
        }else{
                emit_diff_digit_C1(diff_digit_low);
        }
}

Pro jednoznakový záznam (do 92 symbolů neboli 41 dB) je funkce emit_diff_digit_C1. Vstupní proměnná diff_digit_low je centrovaná na analogize_n_half což je digitální symbol zhruba v půlce rozsahu.

/* diff_digit_low is centered on analogize_n_half. */
static inline void emit_diff_digit_C1(unsigned diff_digit_low)
{
        unsigned long diff_digit_STRBASE_HALF;
        /* Constant signal level produces on average analogize_n_half and never goes out of >=0...<analogize_n */
        diff_digit_STRBASE_HALF=(diff_digit_low+STRBASE_HALF-analogize_n_half)%STRBASE;
        /* Constant signal level produces on average 128 */
        byte2stdout_pretty(diff_digit_STRBASE_HALF);
}

STRBASE_HALF je definovaná v pair1.h takto:

#define STRBASE 92U /* Number of characters which can be included in a C string directly: 127-32-3 (\\, \?, \") */
#define STRBASE_HALF (STRBASE/2U)

Protože jsem v jednoznakové větvi, počet digitálních číslic pro analogizaci je maximálně 92 a tak analogize_n_half nemůže překročit STRBAS_HALF a hodnota výrazu diff_digit_low+STRBASE_HALF-analogize_n_half se nedostane nikdy do záporných čísel, takže před výpočtem zbytku po dělení %STRBASE nemusíme přičítat STRBASE.

diff_digit_STRBASE_HALF je teď centrovaná na STRBASE_HALF a funkce byte2stdout_pretty zajistí ASCII-artové formátování tak, že znak ticha STRBASE_HALF odpovídá mezeře, která nemá žádný inkoust, a znaky postupně se od této hodnoty nahoru i dolu vzdalující mají více a více inkoustu – jsou podle toho seřazeny. To se zajistí překladovou tabulkou char_swap_wr (wr jako pro zápis, přehrávač používá char_swap_rd), kterou si přehrávač s sebou nese.

V případě 2-znakového záznamu již překladová tabulka ve zdrojáku v nahrávce není, protože by byla příliš velká. Místo toho se generuje stabilním třídícím algoritmem, aby při záznamu i přehrávání byla spočítána přesně stejně.

static inline void byte2stdout_pretty(unsigned char c)
{
        byte2stdout_dirty(char_swap_wr[(c)]);
}

Funkce byte2stdout_dirty nejdříve generuje obrácená lomítka na konci řádků a k nim i případně popisky sekundových značek, aby čtenář zdrojového kódu věděl, ke kterému času ono místo přísluší:

if (stdout_column+1+19>=COLUMNS){ // 1 for the data character, 19 for "/* 9999.999 s */"\           //
        static unsigned long last_marker=0;
        double second=(double)sampling_interval_counter/(double)sample_rate_Hz;
        unsigned long marker=floor(second*markers_per_sec);
        if (marker>last_marker){
                printf("\"/* %.3f s */\"\\\n", second);
                last_marker=marker;
        }else{
                fputs("\\\n",stdout);
        }
        stdout_column=0;
}

Zbytek funkce, který neukazuji, je tisk speciálních znaků do C-čkových řetězců, které se na pásce nevyskytují, pouze v popisce kazety, a normální znaky se s fanfárou do výstupu tisknou pomocí:

putchar(c);

Ukázkový poslech: Hacker Public Radio 3338: Používáme OpenSSL s_client jako telnet (anglicky)

Myslím si, že k hackerskému rádiu dobře sedne, když je šířeno ve formátu programovacího jazyka C, dokonce v ASCII-artu. A s vysílacím kompresorem zní lépe, skoro jako profesionální rádio.

_______________________________________________________ (+) _______________________________________________ (+) | / Hacker Public Radio ep. 3338: Using OpenSSL \ | | | s_client like telnet, by Klaatu, CC-BY-SA 4.0 | | | | s_client the new telnet. Here's how to use it. | | | | https://hackerpublicradio.org/eps.php?id=3338 | | | | _________________________________ | | | | / _________ \ | | | | | A " A | | A " A | | | | | | ( ) | | | | ( ) | | | | | | v , v |_________| v , v | | | | | 75 μs \_________________________________/ | | | | | | | | VIRTUAL ANALOG CASSETTE BY KAREL KULHAVÝ | | | |_________________________________________________| | | / (+) \ | | / _ _ \ | | / _ (_) (_) _ \ | (+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

(logo public domain)

Kompilační příkaz:

bzip2 -dc hpr_3338_256_fm.c.bz2 | cc -O3 -x c - -lm -o recording && ./recording 0 | mpv -

Delší hudební test: Euseng Seto | Walaubagaimanapun

GCC nás možná na řádku cca. 1,7 miliónů obšťastní hláškou, ta ale neznamená chybnou kompilaci:

recording.c:1692111: note: ‘-Wmisleading-indentation’ is disabled from this point onwards, since column-tracking was disabled due to the size of the code/headers
1692111 |  *pretty_printed_byte=*read_head;
        |

 _______________________________________________________
(+)  _______________________________________________  (+)
|   / euseng seto | walaubagaimanapun | CC-BY-ND    \   |
|  | https://archive.org/details/bsc_051   Malaysian |  |
|  | composer's piece driven by synth progressions,  |  |
|  | warm piano melodies and clinical glitches.      |  |
|  |        _________________________________        |  |
|  |       /            _________            \       |  |
|  |      |  A " A     |         |     A " A  |      |  |
|  |      | (     )    |   | |   |    (     ) |      |  |
|  |      |  v , v     |_________|     v , v  |      |  |
|  | 70 μs \_________________________________/       |  |
|  |                                                 |  |
|  | VIRTUAL ANALOG CASSETTE        BY KAREL KULHAVÝ |  |
|  |_________________________________________________|  |
|            /             (+)             \            |
|           /        _             _        \           |
|          /   _    (_)           (_)    _   \          |
(+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

Příště popíšeme strukturu zdrojového kódu, který je samorozbalovacím analogovým záznamem zvuku v jazyce C.