Kaedah bahasa C++ untuk melaksanakan fungsi pemprosesan audio berprestasi tinggi dalam sistem terbenam

Pengenalan:
Dengan perkembangan teknologi, rangkaian aplikasi sistem terbenam semakin meluas, terutamanya dalam Internet of Things, pintar rumah, dsb. padang. Pemprosesan audio memainkan peranan penting dalam banyak sistem terbenam, seperti pengecaman pertuturan, main balik audio, dsb. Artikel ini akan memperkenalkan cara menggunakan bahasa C++ untuk melaksanakan fungsi pemprosesan audio berprestasi tinggi dalam sistem terbenam dan memberikan contoh kod.

1 Pilih platform terbenam yang sesuai
Sumber perkakasan dalam sistem terbenam adalah terhad, jadi adalah sangat penting untuk memilih platform terbenam yang sesuai untuk pemprosesan audio. Kita perlu mempertimbangkan faktor seperti prestasi pemproses, kapasiti memori, penggunaan kuasa, dsb. Anda boleh memilih beberapa pemproses terbenam berprestasi tinggi, seperti siri ARM Cortex-A. Selain itu, anda juga harus mempertimbangkan untuk memilih antara muka input dan output audio yang sesuai, seperti I2S, PCM, dsb.

2. Pilih perpustakaan pemprosesan audio yang sesuai
Bahasa C++ itu sendiri tidak mempunyai fungsi pemprosesan audio terbina dalam, jadi kita perlu memilih perpustakaan pemprosesan audio yang sesuai. Beberapa perpustakaan pemprosesan audio yang biasa digunakan ialah:

1. PortAudio: perpustakaan IO audio merentas platform yang menyokong fungsi rakaman dan main balik serta boleh digunakan dalam sistem terbenam.
2. Essentia: Pustaka analisis audio sumber terbuka yang mengandungi banyak algoritma pemprosesan audio yang biasa digunakan.
3. FFTW: Perpustakaan untuk transformasi Fourier yang boleh melaksanakan fungsi pemprosesan audio domain frekuensi.

Pilih perpustakaan yang sesuai berdasarkan keperluan aplikasi sebenar dan integrasikannya ke dalam sistem terbenam. Kod contoh berikut menggunakan pustaka PortAudio untuk melaksanakan fungsi rakaman audio dan main balik:

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

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

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

    // 關(guān)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. Algoritma dan kod pengoptimuman
Dalam sistem terbenam, sumber adalah terhad, dan adalah perlu untuk meminimumkan jumlah pengiraan dan memori sambil memastikan audio fungsi pemprosesan. Algoritma dan kod boleh dioptimumkan melalui kaedah berikut:

1. Gunakan pengiraan titik tetap: Sistem terbenam mempunyai prestasi terhad, dan menggunakan pengiraan titik terapung akan memakan banyak masa dan memori. Anda boleh menggunakan bilangan mata tetap untuk pengiraan bagi meningkatkan prestasi.
2. Gunakan algoritma audio yang cekap: Memilih algoritma audio yang cekap boleh mengurangkan jumlah pengiraan dan penggunaan memori. Sebagai contoh, algoritma Fast Fourier Transform (FFT) digunakan untuk melaksanakan pemprosesan audio domain frekuensi.
3. Gunakan penimbal dengan sewajarnya: Semasa pemprosesan audio, gunakan penimbal dengan sewajarnya untuk menyimpan data, mengurangkan bilangan akses kepada memori luaran dan meningkatkan kecekapan.

Kesimpulan:
Artikel ini memperkenalkan kaedah bahasa C++ untuk melaksanakan fungsi pemprosesan audio berprestasi tinggi dalam sistem terbenam. Dengan memilih platform terbenam yang sesuai dan perpustakaan pemprosesan audio, dan mengoptimumkan algoritma dan kod, fungsi pemprosesan audio yang pantas, cekap dan stabil boleh dicapai. Saya harap artikel ini boleh membantu jurutera pemprosesan audio dalam sistem terbenam.

Rujukan:

1. PortAudio dokumentasi rasmi: http://www.portaudio.com/
2. Essentia dokumentasi rasmi: http://essentia.upf.edu/
3. FFTW dokumentasi rasmi: http://www .org/

Atas ialah kandungan terperinci Kaedah melaksanakan fungsi pemprosesan audio berprestasi tinggi dalam sistem terbenam menggunakan bahasa C++. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!