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DOS下DSP播音的編程
摘要 該文介紹了DSP編程的基本原則和方法,并給出程序?qū)嵗龓椭斫?讀者可以此為基礎(chǔ)來拓展、生成自己的實用程序。
在DOS下編程,將聲音轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)記錄下來,或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為聲音,通過聲卡上配置的喇叭回放出來,是一項很有實用價值和開發(fā)魅力的技術(shù)。時下流行的聲卡,如Sound Blaster Pro及其兼容卡,都配有數(shù)字聲音處理器DSP芯片(Digital Sound Processor),專門用于對聲音進行數(shù)字記錄及回放,是聲音數(shù)字處理的基礎(chǔ)硬件。而WAV文件、VOC文件等,則都是這些數(shù)據(jù)記載的具體形式。Creative公司為了方便用戶,提供了一組CT-Voice驅(qū)動程序,專門針對VOC文件,作為開發(fā)利用DSP功能的軟接口,使用比較方便。但是,也造成了某些限制。對于開發(fā)者而言,直接對DSP硬件編程,實現(xiàn)其功能,也許是更有吸引力的。
聲音,無論是從揚聲器輸出的,還是從話筒輸入的,都是模擬量。
而數(shù)據(jù),無論是內(nèi)存里操作的,還是磁盤上存儲的都是數(shù)字量。因此,微機處理聲音,大多離不開ADC與DAC兩種轉(zhuǎn)換。由于聲音數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量比較大,在聲音的數(shù)字處理中,除直接由CPU進行傳輸外,批量數(shù)據(jù)常采用DMA方式傳輸,以節(jié)省較多的CPU時間。
總括起來,ADC與DAC兩種轉(zhuǎn)換方式,直接傳輸和DMA傳輸這兩種傳輸方式,再加上不同的壓縮方式,如喇叭控制、靜寂等等,所有這些的不同組合,就構(gòu)成了DSP的各種功能。根據(jù)DSP的硬件原理,其各種功能都規(guī)定了一定的操作步驟。
一、DSP編程要點
在DSP編程中,主要注意命令與端口兩個層次的操作。
1.DSP命令。DSP的功能一般以一個操作碼(稱作命令號)的寫操作為中心,按規(guī)定的步驟,配合若干必要的輔助操作,構(gòu)成一串操作的組合,稱為DSP命令。如8位直接播放功能命令號為10h,8位直接錄音功能命令號為20h,喇叭的通斷功能命令號分別為d1h與d3h等等。
2.端口操作。DSP命令主要靠端口操作來實現(xiàn)。端口操作包括DSP初始化、寫DSP命令(即發(fā)DSP命令)、讀DSP狀態(tài)參數(shù)、DSP中斷等。所涉及的端口地址及相應(yīng)的用途如表1。
表1 DSP端口及用途
端口地址由基址2x0h加6、0ah、0ch、0eh等形成,其中,x可取值1、2、3、4、5、6等,具體情況隨硬件設(shè)置而定,多數(shù)卡在出廠被默認設(shè)置為2,即基址為220h。通過跳線,可改變此值,避免與其它設(shè)備口地址沖突。
二、編程實例
DSP的功能是比較豐富的,限于篇幅,本文只簡要介紹其中的8位直接播放功能,由此舉一反三,其它功能的用法不難得知。各功能的規(guī)定操作可參考文獻1和2。
1.命令操作步驟。8位直接播放功能的操作步驟如下:
·寫命令號10h;
·寫數(shù)據(jù)字節(jié)(即播放聲音的8位數(shù)據(jù));
·按采樣率所需時間周期延時。
以此三步操作為循環(huán)體,進行n次循環(huán),即完成播放。其中,n為聲音數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。
2.2xch端口寫操作。在DSP編程中,無論是發(fā)送命令,還是發(fā)送數(shù)據(jù),都是通過寫端口2xch來完成的。在寫端口2xch之前,應(yīng)先讀此端口,直到所得值的bit7為0,這才表明此端口處于可寫狀態(tài),才能進行寫操作。此過程的c語言形式如下:
while (inportb(0x22c)&0x80);
outportb(0x22c,byte);
這里假定端口基址為220h。句中byte可以是命令號,也可以是數(shù)據(jù)。
3.定時器。為使播放按一定的采樣率進行,需對數(shù)據(jù)發(fā)送進行定時控制。這一般是借用主機定時中斷int8,將其調(diào)用頻率提高到與采樣率相當(dāng)?shù)某潭?利用其監(jiān)視、控制數(shù)據(jù)發(fā)送的時間,來滿足播音頻率的要求。關(guān)于定時中斷的編程技術(shù)已有過許多介紹,限于篇幅,不再贅述,讀讀文后的程序清單,即一目了然。應(yīng)該說明的是,對于CPU較慢的機型如386,由于計時代碼本身的執(zhí)行時間可能已經(jīng)超過采樣率對應(yīng)的時間周期,定時控制就達不到預(yù)期的效果。這種情況下,用一個空循環(huán)來定時,調(diào)整循環(huán)次數(shù),即可滿足頻率要求。此法的缺點是定時精度差,參數(shù)因CPU速度而異。所幸的是,目前多數(shù)配置多媒體的PC機,其CPU都在486以上。
4.內(nèi)存利用。人耳可辨聲音的最高頻率可達20kHz以上,因此DSP的采樣率至少也要達到與此相當(dāng)?shù)乃?而為了容納立體聲雙聲道信息,采樣率還要再翻一倍。常見的WAV聲音的采樣率有44100、22050、11025等。在這么高的采樣率下,聲音的數(shù)據(jù)量自然很大,如44k采樣率下,20秒的錄音數(shù)據(jù)長達800多k。為在DOS常規(guī)內(nèi)存內(nèi)處理這種規(guī)模的數(shù)據(jù),實例程序采取了分塊處理的方式,將數(shù)據(jù)分成以當(dāng)前剩余自由內(nèi)存大小為單位的塊,將其逐次讀入,逐次處理。同時,由于C語言的read()函數(shù)每次讀操作的字節(jié)數(shù)最多不過64k-1,因此,每一個分塊又需分
若干次讀入。實例表明,經(jīng)此法處理的播放程序不受WAV文件長度的限制,筆者在Windows下錄制的長達5M多的WAV文件(11k采樣率,約8分鐘)也照播不誤。
5.聲音文件。本文提供的程序?qū)嵗渎曇魯?shù)據(jù)取自WAV文件,其實,對于VOC文件,本播放技術(shù)也一樣適用,只不過數(shù)據(jù)的讀取格式有所不同而已。關(guān)于WAV文件的格式,可參考文獻3,VOC文件的格式參考獻1和2。
實例程序用Borland C++ 3.1編譯,在配置OPTI 386主板、海洋48
6主板及多種與SoundBlaster Pro兼容聲卡的兼容機上運行通過。
三、源程序清單
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"timer.h"
#define n1 20
#define n2 100
struct WavHead
{
char riff[4];
long size0;
char wavefmt[8];
long size1;
int fmttag;
int channel;
long samplespersec;
long bytespersec;
int blockalign;
int bitspersample;
char flg[4];
}whead;
unsigned Port=0x210;
char Found=0;
unsigned cnt1,cnt2;
void PortReset();
void outwave(un
signed char huge *,long);
void WritePortC(unsigned char);
void errexit(char *);
void main()
{
int fp;
unsigned n,r,nn,i,j;
char name[32];
long fermem,rr,datasize;
unsigned char huge *data,huge *p;
if(argc<2)errexit("miss file name\n");
strcpy(name,argv[1]);strcat(name,".wav");
fp=-open(name,0-RDONLY);if(fp=-1)errexit("Error open fil
e\n");
-read(fp,&whead,sizeof(WavHead));
if(whead.blockalign=1 && strncmp(whead.flg,"data",4)==0)
{
-read(fp,&datasize,4);//單聲道WAV數(shù)據(jù)
}
else if(whead.blockalign=2 && strncmp(whead.flg,"fact"
,4)==0)
{
lseek(fp,12l,1);
-read(fp,&datasize,4);//雙聲道WAV數(shù)據(jù)
}
else errexit("Error file struct\n");
farmem=farcoreleft();
PortReset();//初始化DSP端口
Counter=0;//開始計時
SetTimer(NewTimer,44100);//調(diào)整時間中斷頻率
WritePortC(0xd1);//接通喇叭
if(farmem≥datasize)//數(shù)據(jù)量不超過內(nèi)存容量
{
p=data=(unsigned char huge *)farmalloc(datasize);
n=datasize/32768;r=datasize%32768;
for(i=0;i-read(fp,p,r);
outwave(data,datasize);
}
else//數(shù)據(jù)量超過內(nèi)存容量
{
nn=datasize/farmem;//分塊操作的塊數(shù)
rr=datasize%farmem;//最后一塊的大小
n=farmem/32768;//每塊read次數(shù)
r=farmem%32768;//read余零尾數(shù)
data=(unsigned char huge *)farmalloc(farmem);
for(i=0;i{
p=data;
for(j=0;j-read(fp,p,r);
//讀入內(nèi)存
outwave(data,farmem);//發(fā)送聲音數(shù)據(jù)
}
p=data;
n=rr/32768;r=rr%32768;//最后塊的操作
for(i=0;i-read(fp,p,r);
//讀入
outwave(data,rr);//發(fā)送
}
WritePortC(0xd3);//斷開喇叭
RestoreTimer();//恢復(fù)時間中斷
farfree(data);
-close(fp);
}
void PortReset()//初始化DSP端口
{
cnt1=n1;
while(Port≤0x260)&&!Found)
{//測端口基址
outportb(Port+6,1);
outportb(Port+6,0);
cnt2=n2;
while(cnt2>2 && inportb(Port+0xe)<128)--cnt2;
if(cnt2=0||inportb(Port+0xa)!=oxaa)
{
--cnt1;
if(cnt1==0)
{
cnt1=n1;
Port=Port+0x10;
}
}
else Found=1;//找到基址
}
if(!Found)errexit("Reset failed\n");//找不到基址
}
void outwave(unsigned char huge *p,long len)
{//發(fā)送聲音數(shù)據(jù)
long i;
int smpl;
smpl=44100/whead.samplespersec/whead.blockalign;
//采樣周期系數(shù)
for(i=0;i{
WritePortC(0x10);//發(fā)送命令
WritePortC(p[i]);//發(fā)送數(shù)據(jù)
while(Counter}
}
void WritePortC(unsigned char v)
{
while(inportb(Port+0xc)&0x80);//等待寫有效狀態(tài)
outportb(Port+0xc,v);//寫端口(發(fā)送)
}
void errexit(char *msg)
{
-AX=3;
asm int 10h
printf(msg);
exit(0);
}
//Timer.h
#includ
#define OldTimerInt 0x60
unsigned long Counter;
unsigned CounterInt8,fpI8;
void SetTimer(void interrupt(*Rout)(…),unsigned freq)
{//設(shè)置新頻率的定時中斷
int ICnt;
fpI8=(freq+9)/18;//新舊頻率的倍數(shù)
asm cli
ICnt=1193180/freq;
outportb(0x43,0x36);
outportb(0x40,ICnt & 255);
outportb(0x40,ICnt》8);
setvect(OldTimerInt,getvect(
8));//保存舊定時中斷
setvect(8,rout);//置新的定時中斷
sam sti;
}
void RestoreTimer()
{
asm cli
outportb(0x43,0x36);
outportb(0x40,0);
outportb(0x40,0);
setvect(8,getvect(OldTimerInt));//恢復(fù)原定時中斷
asm sti
}
void interrupt NewTimer(…)
{//新定時中斷
REGPACK R;
Counter++;//給應(yīng)用程序提供新頻率的計數(shù)
if(--CounterInt8=0)
{
intr(OldTimerInt,&R);//按原頻率走動時鐘
CounterInt8=fpI8;//用新舊頻率的倍數(shù)分頻
}
else outportb(0x20,0x20);//退出中斷
}
參考文獻
1 閻小兵等.多媒體開發(fā)工具.北京:電子工業(yè)出版社,1994.
2 Josha Munnik等著,敬萬鈞等譯.聲霸--原理與應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,1995.
3 石寧等.在DOS下使用Windows *.WAV文件.計算機世界月刊,1995(3)44-46.
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