Uživatel:Hoskojar

Z HPM wiki
(Rozdíly mezi verzemi)
Přejít na: navigace, hledání
(Zdroje)
 
(Není zobrazeno 14 mezilehlých verzí od 1 uživatele.)
Řádka 1: Řádka 1:
== SEMESTRALKA - Vývoj zvukových karet Sound Blaster ==
+
== SEMESTRALKA - Čip Yamaha YM3812 ==
 +
 
  
 
== Úvod ==
 
== Úvod ==
  
V době, kdy vznikaly první osobní počítače, nikoho ani nenapadlo nějak je spojovat se zvukem nebo hudbou. Tyto počítače primárně sloužily k zrychlení a ulehčení práce člověka a ne k zábavě. Mnozí se na počítač dívali pouze jako na "počítací stroj".Zvuková karta je rozšiřující karta počítače pro vstup a výstup zvukového signálu, ovládaná softwarově.
 
O zvukové kartě se mluví od chvíle, kdy se obvody a čipy, které se starají o zvuk, začaly umisťovat na samostatný plošný spoj, tzv. kartu, která se zasouvá do základní desky (motherboardu) počítače.T ypická zvuková karta obsahuje zvukový čip, který provádí digitálně-analogový převod nahraného nebo vygenerovaného digitálního záznamu. Tento signál je přiveden na výstup zvukové karty (většinou 3,5mm jack-sluchátkový).
 
  
 +
V době, kdy vznikaly první osobní počítače, nikoho ani nenapadlo nějak je spojovat se zvukem nebo hudbou. Tyto počítače primárně sloužily k zrychlení a ulehčení práce člověka a ne k zábavě. Mnozí se na počítač dívali pouze jako na "počítací stroj". Zvuková karta je rozšiřující karta počítače pro vstup a výstup zvukového signálu, ovládaná softwarově.
 +
Yamaha  YM3812 (OPL2 – Operator type L2 ) je zvukový čip, který vytvořila v roce 1985 firma Yamaha Corporation. Byl navržen pro použití v multimediálních počítačích. Našel svoje uplatnění v IBM PC ve zvukových kartách Adlib a SoundBlaster. Pře tím byl zvuk v PC tvořen pouze pomocí speakeru.
  
==První zvukové karty ==
+
[[Soubor:yamaha.jpg|thumb|center|Čip Yamaha YM3812]]
  
Jeden z prvních výrobců zvukových karet pro IBM PC byl AdLib, který vyráběl zvukové karty založené na zvukovém čipu Yamaha YM3812, neboli OPL2. Toto byl v podstatě standard, až do doby než Creative Labs vyrobila zvukovou kartu Sound Blaster, která měla čip YM3812 a zvukový koprocesor (pravděpodobně Intel mikrokontrolér), který Creative nazýval „DSP“, což byl první procesor na digitální signál. Několik roků uplynulo, než Creative vytvořil kartu, která uměla zároveň nahrávat a také přehrávat zvuk. Díky Sound Blasteru, první levné CD-ROM mechanice a vývoji video technologie začala nová éra počítačových multimédií. Uživatel si mohl spustit hudební CD, nahrávat dialogy do počítačových her nebo přehrávat filmy (zatím pouze krátké klipy a ve velmi špatné kvalitě, nesrovnatelné s moderním digitálním videem).
 
Ve standardních počítačových sestavách firmy IBM i většiny tehdejších výrobců „klonů“ těchto počítačů byl zvuk a hudba zpočátku vytvářen pouze pomocí PC Speakeru, což byl (přesněji řečeno v mnohých počítačích doposud je) reproduktor připojený přes jednoduchý zesilovač na binární (dvoustavový) výstup časovače tvořeného obvodem 8253, popř. v pozdějších sestavách modernější verzí tohoto obvodu označenou kódem 8254. Zvuk generovaný PC Speakerem (který byl též s nadsázkou označován jako IBM Sound Technology) má mnoho nedostatků: pouze jednobitový převodník, nutnost řídit generování zvuků bez využití DMA atd. Zvukový signál dokonce není ani vyvedený na externí konektor, což bylo minimálně neobvyklé, a i přes veškerou snahu programátorů při tvorbě přehrávacích rutin se jednalo spíše o technologii, nad kterou se například majitelé Atari ST či Amig maximálně pošklebovali.
 
  
Není tedy divu, že první reálně použitelná zvuková karta pro osobní počítače – AdLib – vzbudila velký zájem, i přes její poměrně vysokou cenu.Ovšem zvuk byl na kartě Adlib generován pouze pomocí předminule a minule popsaného čipu Yamaha YM 3812 (OPL2), který je určen převážně pro relativně snadnou tvorbu vícehlasé hudby, nikoli vzorkovaných (samplovaných) zvuků, například řeči či (neharmonických) šumů a zvuků ve hrách. Tento nedostatek FM syntézy si uvědomil i Sim Wong Hoo ze Singapuru, který založil firmu Creative Technology. Mezi první produkty této firmy patřily zvukové karty Game Blaster a především Sound Blaster použitelné v prakticky všech typech osobních počítačů kompatibilních s IBM PC.
+
== Princip ==
[[Soubor:Adlib.png|thumb|center|Zvuková karta AdLib určená pro osmibitovou variantu sběrnice ISA]]
+
  
== První Sound Blastery ==
 
  
Právě Sound Blaster, který byl dodán na trh v roce 1989, se stal velmi populární, a to ze tří příčin: obsahoval digitálně-analogový i analogově digitální převodník (bylo tedy možné zvuky přehrávat i nahrávat), dále obsahoval výše zmíněný čip Yamaha YM 3812 (OPL2) zajišťující takřka dokonalou kompatibilitu s AdLibem a nakonec byl na kartě přítomen i gameport (kterým jsme se již v tomto seriálu zabývali dříve). Tento „multimediální“ komplet byl zpočátku dostupný za cenu 299 dolarů, posléze pouze za 70 dolarů (v té době pouze samostatný gameport na zvláštní kartě stál 50 dolarů). Nelze se tedy divit, že už v prvním roce se prodalo neuvěřitelné množství Sound Blasterů – celkem 100 000 karet (jednalo se dokonce o nejprodávanější rozšiřující kartu pro IBM PC), i když pro samotnou samplovanou hudbu zpočátku neexistovaly prakticky použitelné aplikace ani hry – Sound Blaster tedy bylo možné použít jako náhradu za AdLib.
+
Čip tvoří zvuky kombinováním dvou periodických signálů s využitím zpětnovazební smyčky, ADSR obálky a frekvenční modulace.
  
 +
[[Soubor:fmmodulace.jpg|thumb|center|Frekvenční modulace]]
  
 +
Čip Yamaha YM 3812 generuje zvuk pomocí devíti samostatně nastavitelných hudebních kanálů, přičemž každý kanál obsahuje dvojici operátorů, které mohou být navzájem propojeny buď tak, že se oba signály vytvářené v obou operátorech jednoduše sčítají nebo první operátor ovlivňuje pomocí fázové modulace tvar signálu vytvářeného druhým operátorem
  
[[Soubor:SB20.jpg|thumb|center|Zvuková karta Sound Blaster 2.0]]
+
[[Soubor:zapojeni_operatoru.jpg|thumb|center|Zapojení operátorů]]
  
Seznam modelů zvukových karet Sound Blaster pro sběrnici ISA
+
Každý operátor je složen ze tří bloků – oscilátoru, generátoru obálky  a obvodu pro řízení výstupní úrovně. Každý oscilátor může generovat periodický signál odvozený od klasické sinusovky, jejíž podoba je uložena (v logaritmické škále) v 256 bajtech paměti ROM přímo na hudebním čipu.  
[[Soubor:seznam.png|thumb|center| Seznam modelů zvukových karet Sound Blaster pro sběrnici ISA]]
+
  
 +
[[Soubor:sinusovky.jpg|thumb|center|Čtyři typy signálů]]
  
== Game Blaster, Sound Blaster ==
+
Signál vytvářený v každém operátoru je ovlivněn obálkou (envelope), pomocí níž lze měnit jeho amplitudu. Jedná se o obálku typu ADSR (attack, decay, sustain, release). Základní tvar obálky je určen čtveřicí parametrů – attack rate (doba či strmost náběhu první hrany), decay rate (doba či strmost druhé – klesající/sestupné – hrany), sustain level (stabilní úroveň signálu obálky po prvotním vzrůstu a poklesu, jenž je v programech většinou vyjadřovaná v procentech amplitudy, ovšem v řídicích registrech uložená jako zlomek maximální úrovně) a release rate (doba či strmost poslední – klesající – hrany).
 +
Pro každý z těchto parametrů je v řídicích registrech zvukového čipu YM 3526 vyhrazena čtveřice bitů, což prakticky znamená, že hodnoty attack a decay jsou společně uloženy v jednom osmibitovém registru a hodnoty sustain a release v registru druhém. Tyto registry jsou alokovány pro každý operátor zvlášť.
  
První kartou nabízenou již v roce 1988 firmou Creative Technology byl Game Blaster, původně označovaný jako Creative Music System (C/MS). Tato karta obsahovala dva čipy Philips SAA 1099. Jednalo se o čipy s proprietární technologií pro syntézu hudby a řeči, která však, i přes prvotní nadšení, nikdy nebyla příliš úspěšná, což se později projevilo tak, že tyto čipy již nebyly v novějších Sound Blasterech přítomny.
+
[[Soubor:adsr_obalka.jpg|thumb|center|ADSR obálka]]
  
[[Soubor:GB.jpg|thumb|center|Game Blaster]]
 
  
Sound Blaster 1.0 obsahoval, čip Yamaha YM 3812, který zajišťoval devítihlasou (melodické kanály) popř. jedenáctihlasou (melodické a perkusní kanály) zvukovou syntézu. Dále byl na kartě přítomný čip označovaný akronymem DSP, což však neznamená Digital Signal Processor, ale Digital Sound Processor. Ve skutečnosti se jednalo o osmibitový mikrořadič z rodiny populárních mikrořadičů Intel MCS-51 (Intel 8051) s pevně naprogramovanými funkcemi. Na tento čip byl napojený osmibitový digitálně–analogový převodník (DAC) a taktéž osmibitový analogově–digitální převodník (ADC); přičemž první převodník sloužil pro přehrávání samplovaných zvuků (čtených z operační paměti počítače, většinou pomocí DMA) a druhý převodník naopak sloužil pro sampling externího zvukového signálu s jeho ukládáním do operační paměti. Mezní samplovací frekvence DAC i ADC jsou uvedeny v sedmé kapitole. Čip DSP taktéž umožňoval kompresi a dekompresi samplovaného zvuku pomocí ADPCM, i když algoritmus komprese neodpovídal zcela přesně standardu CCITT.
+
== OPL3 ==
  
Další verze Sound Blasteru, která byla veřejnosti představena v roce 1990, nesla číslo 1.5. V mnoha ohledech se jednalo kartu totožnou se Sound Blasterem 1.0, ovšem čip C/MS již nebyl přítomen přímo na kartě, ale bylo ho v případě zájmu možné dokoupit a vložit do připravené patice. Vlastnosti D/A převodníku i A/D převodníku byly shodné se Sound Blasterem 1.0, stejně jako čip OPL2, takže naprostou většinu aplikací nebylo nutné pro tuto verzi upravovat (na druhou stranu ani posluchači se nedočkali vyšší kvality zvuků).
 
  
První „slyšitelné“ vylepšení bylo patrné až u Sound Blasteru 2.0, ve kterém se zvýšila maximální samplovací frekvence na dvojnásobek oproti verzi 1.0 a 1.5. Taktéž se v této verzi objevila podpora pro automaticky inicializované DMA (přímý přístup do paměti), což značně ulehčilo práci všem programátorům přehrávacích rutin. Při použití DMA se pouze do řídicích registrů nastavila samplovací frekvence, délka navzorkovaného zvuku a umístění vzorků v operační paměti (počáteční adresa). O vlastní načítání samplů z operační paměti se postarala samotná karta (pomocí DMA) a po dokončení přehrávání se vygenerovalo přerušení, v jehož obsluze se mohl buffer naplnit novými daty. Aby se zabránilo slyšitelnému lupání v době tohoto přerušení (kdy bylo zapotřebí připravit nová data), rozděloval se celý buffer se samplovanými zvuky na dvě části, přičemž se pro přehrávání nastavila pouze poloviční délka bufferu (jeho první či druhá část) a přerušovací rutina pouze přenastavila počáteční adresu přehrávání to znamená, že programátor měl více času na přípravu dalších zvukových dat (toto chování odpovídá double bufferingu používanému například na grafických kartách). Starší verze Sound Blasterů bylo možné rozšířit o automaticky inicializované DMA výměnou DSP čipu V1.0 na V2.0 (DSP čip byl umístěn v patici, takže výměna čipů byla jednoduchá).
+
Oproti výše popsanému čipu YM 3812 došlo k několika podstatným úpravám. Především se zvýšil celkový počet operátorů z osmnácti na 36, do jednoho kanálu je možné zapojit až čtyři operátory (viz další kapitola), místo čtyř typů signálů na vstupech operátorů je k dispozici osm typů (včetně obdélníkového signálu a logaritmicky zkresleného signálu pilového) a na výstup čipu je možné zapojit dvojici D/A převodníků (viz jedenáctý obrázek) a vytvářet tak stereo hudbu ve skutečnosti však není možné plynule nastavovat přechod mezi levým a pravým reproduktorem (panning), lze pouze zvolit, zda je výstup z nějakého hudebního kanálu přehráván na levém, pravém či obou reproduktorech. Vzhledem ke zvýšenému počtu operátorů se zvýšil i počet interních registrů.
  
SEMESTRALKA - Audio signal processing / zvukové karty Sound Blaster
+
== Zdroje ==
  
http://www.elektrorevue.cz/clanky/99007/index.html
 
  
http://segaltech.com/Data/Files/Items/2011/7/Audio%20Signal%20Processing....pdf
+
http://www.svethardware.cz/art_doc-BC77A7A4115424A5C125725D005327DE.html
  
http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_signal_processing
+
http://cs.wikipedia.org/wiki/Zvuková_karta
  
http://profs.sci.univr.it/~rocchess/htmls/corsi/SoundProcessing/SoundProcessingBook/sp.pdf
+
http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/ARCHIT/TEXTY/ZVUK.HTML
  
http://www.bdti.com/MyBDTI/pubs/20030523_Audio_Signal_Processing.pdf
+
http://en.wikipedia.org/wiki/Yamaha_YM3812
  
http://dspace.bracu.ac.bd/bitstream/handle/10361/468/PC%20based%20real%20time%20audio%20signal%20processing.pdf?sequence=1
+
http://www.zesilovace.cz/view.php?cisloclanku=2003050201
  
----------------
+
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/84281/YAMAHA/YM3812.html
 
+
http://www.svethardware.cz/art_doc-BC77A7A4115424A5C125725D005327DE.html
+
 
+
http://cs.wikipedia.org/wiki/Zvuková_karta
+
 
+
http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/ARCHIT/TEXTY/ZVUK.HTML
+

Aktuální verze z 21. 12. 2011, 15:42

Obsah

SEMESTRALKA - Čip Yamaha YM3812

Úvod

V době, kdy vznikaly první osobní počítače, nikoho ani nenapadlo nějak je spojovat se zvukem nebo hudbou. Tyto počítače primárně sloužily k zrychlení a ulehčení práce člověka a ne k zábavě. Mnozí se na počítač dívali pouze jako na "počítací stroj". Zvuková karta je rozšiřující karta počítače pro vstup a výstup zvukového signálu, ovládaná softwarově. Yamaha YM3812 (OPL2 – Operator type L2 ) je zvukový čip, který vytvořila v roce 1985 firma Yamaha Corporation. Byl navržen pro použití v multimediálních počítačích. Našel svoje uplatnění v IBM PC ve zvukových kartách Adlib a SoundBlaster. Pře tím byl zvuk v PC tvořen pouze pomocí speakeru.

Čip Yamaha YM3812


Princip

Čip tvoří zvuky kombinováním dvou periodických signálů s využitím zpětnovazební smyčky, ADSR obálky a frekvenční modulace.

Frekvenční modulace

Čip Yamaha YM 3812 generuje zvuk pomocí devíti samostatně nastavitelných hudebních kanálů, přičemž každý kanál obsahuje dvojici operátorů, které mohou být navzájem propojeny buď tak, že se oba signály vytvářené v obou operátorech jednoduše sčítají nebo první operátor ovlivňuje pomocí fázové modulace tvar signálu vytvářeného druhým operátorem

Zapojení operátorů

Každý operátor je složen ze tří bloků – oscilátoru, generátoru obálky a obvodu pro řízení výstupní úrovně. Každý oscilátor může generovat periodický signál odvozený od klasické sinusovky, jejíž podoba je uložena (v logaritmické škále) v 256 bajtech paměti ROM přímo na hudebním čipu.

Čtyři typy signálů

Signál vytvářený v každém operátoru je ovlivněn obálkou (envelope), pomocí níž lze měnit jeho amplitudu. Jedná se o obálku typu ADSR (attack, decay, sustain, release). Základní tvar obálky je určen čtveřicí parametrů – attack rate (doba či strmost náběhu první hrany), decay rate (doba či strmost druhé – klesající/sestupné – hrany), sustain level (stabilní úroveň signálu obálky po prvotním vzrůstu a poklesu, jenž je v programech většinou vyjadřovaná v procentech amplitudy, ovšem v řídicích registrech uložená jako zlomek maximální úrovně) a release rate (doba či strmost poslední – klesající – hrany). Pro každý z těchto parametrů je v řídicích registrech zvukového čipu YM 3526 vyhrazena čtveřice bitů, což prakticky znamená, že hodnoty attack a decay jsou společně uloženy v jednom osmibitovém registru a hodnoty sustain a release v registru druhém. Tyto registry jsou alokovány pro každý operátor zvlášť.

ADSR obálka


OPL3

Oproti výše popsanému čipu YM 3812 došlo k několika podstatným úpravám. Především se zvýšil celkový počet operátorů z osmnácti na 36, do jednoho kanálu je možné zapojit až čtyři operátory (viz další kapitola), místo čtyř typů signálů na vstupech operátorů je k dispozici osm typů (včetně obdélníkového signálu a logaritmicky zkresleného signálu pilového) a na výstup čipu je možné zapojit dvojici D/A převodníků (viz jedenáctý obrázek) a vytvářet tak stereo hudbu – ve skutečnosti však není možné plynule nastavovat přechod mezi levým a pravým reproduktorem (panning), lze pouze zvolit, zda je výstup z nějakého hudebního kanálu přehráván na levém, pravém či obou reproduktorech. Vzhledem ke zvýšenému počtu operátorů se zvýšil i počet interních registrů.

Zdroje

http://www.svethardware.cz/art_doc-BC77A7A4115424A5C125725D005327DE.html

http://cs.wikipedia.org/wiki/Zvuková_karta

http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/ARCHIT/TEXTY/ZVUK.HTML

http://en.wikipedia.org/wiki/Yamaha_YM3812

http://www.zesilovace.cz/view.php?cisloclanku=2003050201

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/84281/YAMAHA/YM3812.html

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje