Полигон-2

Добрый день!

(1)
Да, я посмотрел Ваш отчёт — Вы всё правильно там изложили.

Я не учёл, что в потоке может быть нечётное (три, например) количество сэмплов с одинаковым уровнем.
Из-за этого возникает мгновенная инверсия фазы. Ну, если не вдаваться в детали, то это так.
Разные реализации алгоритмов могут иметь свои сайд-эффекты в таком случае, когда приходится склеивать разрыв фазы.
В частности, декодер ffmpeg (который в общем можно считать стандартом) в таком месте добавляет "лишний" импульс.
Полагаю, аудио-чип у Вас в компьютере, порождает примерно похожий дефект.

Ну, такой дефект — лишний импульс — конечно, никак нельзя устранить аналоговыми цепочками.

Вот здесь этот дефект виден на отсчётах 1361 и 1650:
https://yadi.sk/i/0dWD0doa3W7sPq

- синий — это "эталонный" сигнал — сигнал, изначально синтезированный на 48000 Гц
- оранжевый — это сигнал, синтезированный на 1000 Гц и потом ресемплированный при помощи ffmpeg на 48000 Гц

ИТОГО: ---- Ок, согласен, 1000 Гц никак не годится.


(2)
Изначально, когда проверял это всё, я взял слишком короткий пример (емнип, что-то около 9 семплов), и в нём, увы, надо полагать, не было цепочки из трёх одинаковых битов подряд.
Ну, вынужден признать, проглядел я этот дефект, а "чистую теорию" — наверное, уже подзабыл я все эти чётности-нечётности, тетроды-пентоды.

... и шо ж таперь делать???
Увеличивать размер файла в 48 раз (до 48000 Гц) и страдать?

Ну уж нет!!

Коли наши логарифмы не любят моментальную инверсию фазы — избавим их от этой напасти. Сделаем частоту дискретизации 2000 Гц вместо 1000 Гц.
Как следствие непрерывные цепочки из нечётного числа одинаковых сэмплов более встречаться не будут — они все умножатся на 2 и станут чётными.

Вот здесь это видно — "лишние" импульсы теперь не возникают, т.к. фаза теперь нигде на 180 градусов мгновенно не инвертируется:
https://yadi.sk/i/9d_Lu4ZG3W7sPx

- синий — "эталонный" сигнал, изначально синтезированный на 48000 Гц (как и в п.1)
- оранжевый — это сигнал, синтезированный теперь уже на 2000 Гц и потом ресемплированный при помощи ffmpeg на 48000 Гц


(3)
Вот. Предлагаю Вам четыре файла, синтезированные на сетке 2000 Гц:

1-2-3--sample_rate=2000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/126v64hQ3W82jF

1-2-3--sample_rate=2000--soft_ends=False.wav
https://yadi.sk/d/EpX0vqCw3W82j8

7-11-2017_tablo-XY-test__KP-637_N-36--sample_rate=2000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/7s6sveA93W82jU

7-11-2017_tablo-XY-test__KP-637_N-36--sample_rate=2000--soft_ends=False.wav
https://yadi.sk/d/uTN6uZEc3W82jN

Посмотрите, пожалуйста.

Здесь:
- soft_ends=True — вариант с плавным введением/выведением уровней в начале и конце записи
- soft_ends=False — вариант со скачкообразным введением уровня в начале и удержанием неизменного уровня в конце записи
// хотя, честно, я не думаю, что это будет иметь какое-либо влияние на "середину" файла — ну, таки пусть будет, уж если Вы спрашивали ранее


(4)
Какие ещё дефекты здесь остались? А вот такие:
1. заваливание фронта/среза импульса с огибающей 1000 Гц (для сетки дискретизации 2000 /в секунду)
2. постоянное +90° смещение фазы — т.е. постоянное опережающее смещение фронта/среза импульса в обоих каналах примерно на 30-50% от ширины импульса
3. небольшие гармонические выбросы на полках импульсов в направлении нуля
-- 4. ---- устранён дефект "лишние импульсы" в точке инверсии фазы ----

Что с ними делать? Ну, примерно вот что:
1) усилитель записи в магнитофоне и так завалит резкие фронты/спады — поэтому, думаю, первый дефект не очень суть критичен. Максимум, что из-за него может быть, - это недостаточная амплитуда считанного импульса (недостаточная величина производной). Если это будет критическим моментом, то можно будет попробовать увеличить сетку синтезатора до 4, 6, 8... кГц
2) постоянное смещение всех перепадов в одном направлении в обоих каналах — это в принятой схеме кодирования вообще некритично
3) выбросы на полках импульсов — полагаю, их можно будет подчистить, просто введя усилитель записи магнитофона в режим перегрузки по входу (ну, хватит 30% перегрузки, думаю). Кстати, перегрузка усилителя записи по входу должна также помочь и против дефектов типа (1) и (2)

Таким образом — универсальное решение: перегрузить усилитель записи по входу на 30-50%.


(5)
И чтоб дважды не вставать, высылаю Вам ещё четыре файла, синтезированные на сетке 48000 Гц:

1-2-3--sample_rate=48000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/Im6UnDV-3W6cL7

1-2-3--sample_rate=48000--soft_ends=False.wav
https://yadi.sk/d/D35lGjWv3W6cL2

7-11-2017_tablo-XY-test__KP-637_N-36--sample_rate=48000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/_vPAsnDX3W6cLF

7-11-2017_tablo-XY-test__KP-637_N-36--sample_rate=48000--soft_ends=False.wav
https://yadi.sk/d/s2hbmKHo3W6cLB

Зачем? Ну, так, для сравнения с теми, что на 2000 Гц.

// честно говоря, мне ОЧЕНЬ не хотелось бы поднимать частоту до 48 кГц без крайней на то надобности, ибо файлы получаются ну уж очень большими


(6)
В своей программе я немного подкрутил алгоритм — теперь можно устанавливать sample_rate любым, кратным 2000 (ну, частота, кратная 1000, нас не устраивает из-за чётностей-нечётностей).
Это позволяет установить стандартные частоты, например, 48 кГц.

Я не стал делать поддержку частот типа 44100 Гц или 22050 Гц, т.к. это потребовало бы значительную переделку алгоритма, который изначально был рассчитан на сетку 1000 Гц.
А так я просто вместо одного кадра вставляю N копий такого кадра, чтобы получить N кГц вместо 1 кГц — простое решение.


(7)
Для всех научных опытов я использую программу ffmpeg — это такой аудио-видео-медиа "кухонный комбайн" — который может абсолютно всё, и даже то, чего не может Чак Норрис.
// а если он чего-то всё-таки не может, то мы тут для него пишем плагины

Собсна, самый простой опыт — это сделать с её помощью ресемплирование 2000 Гц-сигнала на 48000 Гц — и посмотреть, что получится:
ffmpeg -i myfile_2000.wav -c:a pcm_u8 -ar 48000 myfile_resampled_2000_to_48000.wav

Вот. ffmpeg в режиме ресемплера позволяет избежать необходимости стыковать две отдельные программы (плеер и рекордер) через аудиосистему компьютера.
На выходе (файл) Вы получаете математически строгий результат, хотя и используете при этом не абстрактную матмодель, а вполне "промышленные" библиотеки аудио-кодеков.


(8)
Вот. Ну и ещё хотелось бы отметить такой момент:
Как я и ожидал, в схеме усилителя записи "Романтика" есть элементы, подавляющие постоянную составляющую сигнала.

Это крайне не дружит с битстримом, в котором могут наблюдаться ооооооооооочень длинные цепочки из одинаковых бит.

В случае с Д3-28 получается следующее:
- если есть участок памяти, забитый "0000", то за период XX * 9 бит (XX байт) в канале "1" не будет ни одной смены уровня
- сотвесна, если после такого длинного участка в XX нулевых байт придёт байт, содержащий "1", то величина записанного импульса будет, ну, наверное, в два раза ниже, чем должна была бы быть

Ну, будем надеяться, что это не повлечёт концептуальных проблем при воспроизведении.

Однако, чисто на пробу высылаю Вам один файлик, в котором вот специально вставлены длинные цепочки "нулей" или "единиц":

long-stalls.dat
https://yadi.sk/d/zZao8-8W3W82sy

long-stalls--sample_rate=2000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/rKXcsnB23W82uA

long-stalls--sample_rate=48000--soft_ends=True.wav
https://yadi.sk/d/DRwKodL03W82uy

В этом файле вставлена цепочка "0000" из 4 байт, потом цепочка "1515" из 4 байт, потом такие же пары цепочек, но уже из 8 байт и из 16 байт ---- всего 6 цепочек.
Цепочки разделены маркёрами "1010 0505".

Спасибо!
С уважением, Александр.

Sinus написал:

[q]

вот сам конечный wav-файл, в который аудиоредактором записан сигнал с магнитофона

[/q]

Спасибо, но это мне нужно какое-то время взять, чтоб посмотреть.


Sinus написал:

[q]

Один канал в "Романтике" (верхний на рисунках, т.е. "канал нулей") работает хуже другого

[/q]

Понятно. Да, наверное, надо искать магнитофон. Либо другой способ загрузки программ в Д3-28.
С магнитофоном, конечно, подкупает, что это встроенная функциональность Д3-28 — нажал кнопку и поехали.
Но... у меня есть одна идея на этот счёт (не оригинальная, но есть!)


Sinus написал:

[q]

Малый размер wav-файла, думаю, не должен быть самоцелью; качество записи важнее.

[/q]

30 минут записи на кассету:
- WAV-файл с сеткой 48 кГц будет весить 165 МБайт
- WAV-файл с сеткой 2 кГц будет весить 6,9 МБайт

Ну, в принципе, 165 МБайт - это не так уж и много, если это не хранить, а создавать как tmp-файл для выгрузки на кассету.
Да, можно не запариваться, и просто работать на сетке 48 кГц. // хотя ...

// Но, главное, меня на самом деле больше интересовал чисто академический вопрос, исчезнут ли те "неприемлемые" искажения формы сигнала, если сетку с 1000 заменить на 2000.
// Я так понял, что практика подтвердила теорию в данном случае — т.е. я могу удовлетвориться.


Sinus написал:

[q]

чтобы самодельную запись на кассете хотя бы один раз удалось загрузить в Д3-28; тогда можно будет записать хорошие копии самой машинкой

[/q]

Ну, у меня есть пара-тройка идей на этот счёт, которые НЕ требуют использования кассет и магнитофонов с их непонятными пассиками и транзисторами.

Идея "А" ---- грузить файл данных в машинку не с магнитофона, а с цифрового входа.
Я здесь пока ничего конкретного не скажу. Но апеллирую лишь к тому, что машинка умеет читать прошивку с перфоленты через FS-1500.
А это означает, что вместо перфоленты и FS-1500 может быть какой-то адаптер к USB или даже со своей флешкой.
Да, я понимаю, что там потребуется какой-то начальный загрузчик, и его надо будет как-то вводить в память машины — ну... что ж делать.
Да и разъём там сзади не самый широко-легко-находибельный.
// вот из-за двух замечаний я сам считаю эту идею - "так себе" в техническом плане

Идея "Б" ---- развитие идеи "А".
В общем, ничто не мешает нам открыть корпус машины и отсоединить провода, идущие от магнитной головки ЛПМ к модулю управления ЛПМ (вторая плата сверху в корзине)...
... и к этой плате вместо магнитной головки ЛПМ подключить провода от аудиовыхода компутера — ну и собсна "насвистывать" сигнал непосредственно на вход усилителя воспроизведения в Д3-28.
Что-то мне подсказывает, что схема такого адаптера будет предельно простой. Возможно даже его можно будет сделать исключительно из пассивных элементов (резисторы и фильтры ВЧ).
В принципе можно даже продумать вариант и с обратным направлением сигнала — т.е. принимать в компутер сигнал от Д3-28, который она как бы записывает на ленту.
Единственный минус этой идеи — нужно как-то вывести провода наружу из корпуса, и ЛПМ будет выведен из работы — потеря аутентичности и всё такое.

Идея "В" ---- ... а что если программу вводить всё-таки с клавиатуры?
Известно, что модуль клавиатуры в Д3-28 — это ничто иное, как генератор байт-кодов.
Суть, что мешает эту клавиатуру немножко автоматизировать? вернее, подключить к ней параллельно вторую "как-бы клавиатуру".
В общем, внутрь корпуса Д3-28 можно спрятать ещё один миниатюрный модуль, включать его в разрыв кабеля, идущего к клавиатуре, и собсна сделать так, чтоб этот модуль имитировал быстрый-быстрый ручной набор программы.
... кстати, а насколько вообще "быстро" машинка умеет воспринимать программу, вводимую с клавиатуры неким "бесконечно-быстрым оператором"??
Минус этой идеи — программу можно будет только вводить.

Sinus написал:

[q]

О результатах на моём компе:1. Без магнитофона, вроде, всё нормальноно выглядит (если не обращать внимания на обсуждавшиеся выше "осцилляции Гиббса"). Картинки для разных примеров похожи, привожу только две, для: 1-2-3--sample_rate=2000--soft_ends=True.wav1-2-3--sample_rate=48000--soft_ends=True.wavhttps://yadi.sk/i/_6TfPuJ33W9YFb(test-3_no_mag__18-05-2018.jpg)

[/q]

... так, похоже, затея с введением начального уровня не имеет никакого выхлопа
уровень на выходе всё равно зависает в середине диапазона, и первый фронт имеет только половинную амплитуду

таким образом к проблеме потери постоянной составляющей сигнала в усилителе записи магнитофона добавляется ещё и такая же проблема на звуковом выходе компутера



Sinus написал:

[q]

(test-3_18-05-2018.wav; примерно 2.5 мегабайта)Там 18=6·3 записей - на "Романтик" были записаны Ваши 6 сигналов (каждый сигнал по 3 раза подряд) в следующей последовательности:

[/q]

...перевёл файл в формат, более удобный для обработки "чем угодно" (да хоть бейсиком)
https://yadi.sk/d/RHEZNZj43WFohx
каждая строка — это один аудио-кадр — состоит из двух чисел: мгновенная амплитуда канала "0" и мгновенная амплитуда канала "1"

// для перевода использовал утилиту od — кстати, рекомендую
например:

[q]

od -j4096 -N2560184 -w4 -An -td2 -v test-3_18-05-2018.wav > test-3_18-05-2018.wav.txt

[/q]

-j4096 — пропустить первые 4096 байт — там идут WAV-заголовки и паддинг
-N2560184 — обработать следующие 2560184 байт — это байты данных — после них идёт финальный паддинг, который нам не нужен
-w4 — четыре байта на строку — т.е. один аудио-фрейм будет записан в одну строку выходного текстового файла
-An — не выводить колонку "адрес"
-td2 — поток байт разбить по 2 байта и каждую пару рассматривать как 16-битное little endian число со знаком, и вывести его в десятичной системе
-v — не вставлять "*" там, где встречаются повторяющиеся строки
обычнай дамп можно получить и посмотреть так:

[q]

od -Ax -tx1z -v myfile.wav | less

[/q]

обзорная картинка ---- https://yadi.sk/i/1OKj_bkT3WFp5n
пара картинок для файла "1-2-3" ---- https://yadi.sk/i/aHln1bCF3WFp5x
пара картинок для файла "tablo-XY-test" ---- https://yadi.sk/i/x2joNHO63WFp64
пара картинок для файла "long-stalls" ---- https://yadi.sk/i/s0-JOS7V3WFp6M

по этим трём парам я бы сказал, что вариант "sample_rate=2000" выглядит лучше... почему-то
я имею в виду, что в варианте "48000" явно виден cross-talk между каналами
... причём в обе стороны — т.е. дефект нельзя списать на смещение оси ленты относительно магнитной головки
... причём файлы "=2000" и "=48000" перемежались на записи — т.е. дефект нельзя списать на "прогрев" усилителя записи в магнитофоне и т.п.

с учётом того, что у нас сигнал импульсный (в отличие, например от Спектрумовских записей), думаю, следует насильственно ограничить спектр на уровне не выше 10 кГц
// проще всего это ограничить выбором сетки 10 кГц... но можно и формой импульса, хотя это будет намного сложнее

на второй и третьей парах картинок хорошо видно, что "какая-то авторегулировка" (АРУ это или ловилка нуля - не знаю) сильно "перехлёстывает" за ноль — максимум приходится примерно на 7..9-ый бит — т.е. если в этом месте в "уснувшем" канале проходит бит, то его амплитуда сокращается где-то так до 20..30% от максимально возможной (т.е. в 3..5 раз)

вот тут под увеличением хорошо видно — в "синем" канале на отсчётах 4525 и 5337
https://yadi.sk/i/wx8ymZG83WFp6Z

боюсь, без переделки схемы усилителя записи этот дефект устранить не получится — а это есть сильное вмешательство в магнитофон, которое (1) очспецифично от схемы конкретного имеющегося на руках у "страждущего" магнитофона, и (2) от возможности/желания/умения "страждущего" выполнить такую переделку — короче, это не вариант вообще

если же этот дефект терпеть, то ... ну как бы понятно — результатом может быть д3-28-нечитабельная запись

итого == имхо, с обычным магнитофоном - тупик

слишком много проблем:
- начиная от отсутствия магнитофона/кассет у широких масс — такого, чтоб хоть как-то в рабочем состоянии
- необходимость подкручивать/регулировать головку
- кросс-толк между каналами — который, кстати, у разных моделей может проявляться по-разному
- эффекты авторегулировки нуля и ещё Ктулху-знает-чего — тоже специфично от модели имеющегося магнитофона

вывод == надо подумать, что с этим делать

моё предложение (ну, т.к. я уже "подумал") == отключать магнитную головку ЛПМ в Д3-28 от модуля управления НМЛ (от усилителя воспроизведения) и вместо головки подключать к этому модулю кабель от аудиовыхода компутера — это хоть как-то позволит грузить программы в Д3-28 — ну хотя бы первый раз сделать загрузку, а потом уже скинуть "файл" на кассету средствами самой Д3-28 (благо коммутация четырёх проводков магнитной головки НМЛ не требует отключения питания Д3-28... ну или в конце концов можно туда простейшую релюшку засунуть)... ну или вот вариант вводить программу, имитируя нажатия клавиш на клавиатуре (см. варианты Б и В, описанные мною выше)

На всякий случай отформатировал по описанному выше стандарту "myfile.dat" 5 реальных файликов для записи их в wav (может быть, если приготовить для народа такие wav-записи, это поспособствует владельцам Д3-28 в экспериментах с магнитофоном).

https://yadi.sk/i/m2W49FOk3WNaEm
028-test_KP-73370_N-8921__dat.txt. Это тест ОЗУ и системы команд, более новый, чем упоминавшийся раньше в ветке про Д3-28; он умеет определять и выводить на табло машинки объём её ОЗУ (16, 32 или 128 килобайт); его описание дано в "Инструкции по эксплуатации 3.857.100 ИЭ". Оцифровку с кассеты из своей замечательной коллекции ПО выполнил и любезно предоставил Виталий К. aka 15a18. Для этой программки терминал не нужен. Загружается с МЛ обычным образом - кнопками на пульте машины С, СЛ. Запуск: С, "треугольник", S.

Подразумевается, что каждая из программ, о которых здесь идёт речь, загружается в "свежевключённую" машинку; загрузка: С, СЛ; для проверки контрольной суммы программы надо нажать после загрузки, но до запуска, кнопку КП. Для работы остальных 4 программ к Д3-28 должен быть подключен терминал 15ИЭ-00-013:

https://yadi.sk/i/cbl7sZb23WNaLF
game_23spichki_KP-22571_N-1944__dat.txt - текстовая "игра 23 спички", скомпилированная в "Выстре" в имитаторе машинки. Запуск: С, S.

https://yadi.sk/i/aRYq7HRd3WNaQb
game_1war_KP-47573_N-4307__dat.txt - "подвижная" игра, скомпилированная в "Fortran-5M" в имитаторе. Такая же (почти, ещё и с "гудком") программка работала на реальной машинке. Запуск: С, S, после вывода на экран "R" нажать на клавиатуре терминала русскую С. Управление - с цифровой клавиатуры терминала: 9, 6 - вверх, вниз; 7,8 - влево, вправо; 2,3,1 - смена скорости; 0 - выход из игры.

https://yadi.sk/i/hD-wewqK3WNaVS
Basic_D3-28_v3A__KP-157107__N-11343__dat.txt - "Бэйсик вариант 3А для Д3-28". Запуск: С, S. На предложения в начальном диалоге надо отвечать нажатием ПС на клавиатуре терминала. Затем... см. описание этого Бэйсика; хорошая программа для начальных опытов с комплексом "машинка+ терминал".

https://yadi.sk/i/YZUnYhJ53WNaaC
Fortran-5m_KP-138177_N-10414__dat.txt - "Fortran-5M для Д3-28". Запуск: С, "треугольник" и ещё раз "треугольник". После вывода на экран "R" нажать русскую Т для работы с транслятором (либо нажать русскую З для изменения заданных по умолчанию параметров). Затем... см. описание для "Fortran-5M"; программа оч. хорошая, система программирования, позволяющая формировать библиотеки записей пользовательских фортран-программок на МЛ.

xoiss написал:

[q]

// я так понимаю, это объясняется тем, что аудио-выход компьютера имеет где-то в себе фильтр ВЧ, который срезает постоянную составляющую

[/q]

Наверное да. Это подтверждается тестом без магнитофона: сделал несколько wav-файлов с синусоидами разной частоты с одинаковой амплитудой, с длительностью две секунды, и вот как выглядит их амплитуда на записи с выхода программного проигрывателя в компе (в записи 1 только половина периода синусоиды умещается в двух секундах):

https://yadi.sk/i/yUw-4T8U3WRZih
(test-4_no_mag.jpg)


xoiss написал:

[q]

я хотел бы до конца разобраться с вопросом, нужно ли вообще делать "введение нулевого уровня" перед началом модуляции.

[/q]

Возможно не повредит коротенькое введение, чтобы избежать "щелчка" перед началом сигнала. В противном случае, вдруг машина будет как-то плохо реагировать на щелчок (сразу впадать в состояние "ошибка чтения с магнитофона")? Но вообще-то не знаю, страшен ли щелчок. В оцифровках реальных записей часто видны щелчки перед началом файлов, и вроде ничего - машина ведь как-то читала эти записи.


xoiss написал:

[q]

В общем, надо мне как-то свою Д3-28 завести.

[/q]

Это было бы здорово. Тогда можно было бы её работу хорошенько поисследовать