Méthode du langage C++ pour implémenter des fonctions de traitement audio hautes performances dans les systèmes embarqués

Introduction :
Avec le développement de la technologie, la gamme d'applications des systèmes embarqués est de plus en plus répandue, notamment dans l'Internet des objets, intelligent maisons, etc. domaine. Le traitement audio joue un r?le important dans de nombreux systèmes embarqués, comme la reconnaissance vocale, la lecture audio, etc. Cet article présentera comment utiliser le langage C++ pour implémenter des fonctions de traitement audio hautes performances dans les systèmes embarqués et donnera des exemples de code.

1. Choisissez la plateforme embarquée appropriée
Les ressources matérielles des systèmes embarqués sont limitées, il est donc très important de choisir une plateforme embarquée adaptée au traitement audio. Nous devons prendre en compte des facteurs tels que les performances du processeur, la capacité de la mémoire, la consommation d'énergie, etc. Vous pouvez choisir des processeurs intégrés hautes performances, tels que la série ARM Cortex-A. De plus, vous devriez également envisager de choisir l’interface d’entrée et de sortie audio appropriée, telle que I2S, PCM, etc.

2. Choisissez une bibliothèque de traitement audio appropriée
Le langage C++ lui-même n'a pas de fonctions de traitement audio intégrées, nous devons donc choisir une bibliothèque de traitement audio appropriée. Certaines bibliothèques de traitement audio couramment utilisées sont?:

1. PortAudio?: une bibliothèque d'E/S audio multiplateforme qui prend en charge les fonctions d'enregistrement et de lecture et peut être utilisée dans les systèmes embarqués.
2. Essentia?: une bibliothèque d'analyse audio open source qui contient de nombreux algorithmes de traitement audio couramment utilisés.
3. FFTW?: Une bibliothèque pour la transformée de Fourier qui peut implémenter des fonctions de traitement audio dans le domaine fréquentiel.

Choisissez les bibliothèques appropriées en fonction des besoins réels des applications et intégrez-les dans les systèmes embarqués. L'exemple de code suivant utilise la bibliothèque PortAudio pour implémenter les fonctions d'enregistrement et de lecture audio :

#include <stdio.h>
#include "portaudio.h"

#define SAMPLE_RATE (44100)
#define CHANNEL_COUNT (2)
#define FRAMES_PER_BUFFER (1024)

// 錄制回調函數(shù)
int recordCallback(const void *inputBuffer, void *outputBuffer,
                    unsigned long framesPerBuffer,
                    const PaStreamCallbackTimeInfo *timeInfo,
                    PaStreamCallbackFlags statusFlags,
                    void *userData)
{
    // 處理錄制的音頻數(shù)據(jù)
    // ...

    return 0;
}

// 播放回調函數(shù)
int playCallback(const void *inputBuffer, void *outputBuffer,
                unsigned long framesPerBuffer,
                const PaStreamCallbackTimeInfo *timeInfo,
                PaStreamCallbackFlags statusFlags,
                void *userData)
{
    // 生成播放的音頻數(shù)據(jù)
    // ...

    return 0;
}

int main()
{
    PaStream *recordingStream;
    PaStream *playingStream;
    PaError err;

    // 初始化PortAudio庫
    err = Pa_Initialize();
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to initialize PortAudio
");
        return 0;
    }

    // 打開錄制流
    err = Pa_OpenDefaultStream(&recordingStream, CHANNEL_COUNT, 0, paFloat32,
                                SAMPLE_RATE, FRAMES_PER_BUFFER,
                                recordCallback, NULL);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to open recording stream
");
        return 0;
    }

    // 打開播放流
    err = Pa_OpenDefaultStream(&playingStream, 0, CHANNEL_COUNT, paFloat32,
                                SAMPLE_RATE, FRAMES_PER_BUFFER,
                                NULL, playCallback);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to open playing stream
");
        return 0;
    }

    // 啟動錄制流
    err = Pa_StartStream(recordingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to start recording stream
");
        return 0;
    }

    // 啟動播放流
    err = Pa_StartStream(playingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to start playing stream
");
        return 0;
    }

    // 等待用戶按下回車鍵停止程序
    getchar();

    // 停止錄制流
    err = Pa_StopStream(recordingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to stop recording stream
");
        return 0;
    }

    // 停止播放流
    err = Pa_StopStream(playingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to stop playing stream
");
        return 0;
    }

    // 關閉錄制流
    err = Pa_CloseStream(recordingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to close recording stream
");
        return 0;
    }

    // 關閉播放流
    err = Pa_CloseStream(playingStream);
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to close playing stream
");
        return 0;
    }

    // 終止PortAudio庫
    err = Pa_Terminate();
    if (err != paNoError)
    {
        printf("Failed to terminate PortAudio
");
        return 0;
    }

    return 0;
}

3. Algorithme et code d'optimisation
Dans les systèmes embarqués, les ressources sont limitées, et il est nécessaire de minimiser la quantité de calcul et de mémoire tout en garantissant l'audio fonction de traitement occupée. Les algorithmes et les codes peuvent être optimisés grace aux méthodes suivantes?:

1. Utiliser des calculs à virgule fixe?: les systèmes embarqués ont des performances limitées et l'utilisation de calculs à virgule flottante consommera beaucoup de temps et de mémoire. Vous pouvez utiliser un nombre fixe de points pour les calculs afin d'améliorer les performances.
2. Utilisez des algorithmes audio efficaces?: le choix d'algorithmes audio efficaces peut réduire la quantité de calcul et l'utilisation de la mémoire. Par exemple, l'algorithme de transformée de Fourier rapide (FFT) est utilisé pour implémenter le traitement audio dans le domaine fréquentiel.
3. Utilisez les tampons de manière appropriée?: pendant le traitement audio, utilisez les tampons de manière appropriée pour stocker les données, réduire le nombre d'accès à la mémoire externe et améliorer l'efficacité.

Conclusion?:
Cet article présente la méthode du langage C++ pour implémenter des fonctions de traitement audio hautes performances dans les systèmes embarqués. En sélectionnant la plate-forme intégrée appropriée et la bibliothèque de traitement audio, et en optimisant l'algorithme et le code, des fonctions de traitement audio rapides, efficaces et stables peuvent être obtenues. J'espère que cet article pourra être utile aux ingénieurs en traitement audio dans les systèmes embarqués.

Références :

1. Documentation officielle de PortAudio : http://www.portaudio.com/
2. Documentation officielle d'Essentia : http://essentia.upf.edu/
3. Documentation officielle de FFTW : http://www. .org/

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