RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO DE SONIDO. 2. TÍTULO: DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA RETROALIMENTACIÓN DE SEÑALES DE AUDIO IMPLEMENTANDO UN SISTEMA EMBEBIDO 3. AUTORES: Erick Collante González. 4. LUGAR: Bogotá, D.C. 5. FECHA: Octubre de 2013. 6. PALABRAS CLAVE: Loop, Sistemas Embebido, S.O, BeagleBoard-Xm, WandBoard, Señales de Audio, Conectores TRS, Linux, Qt Creator, Compilador. 7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El presente documento describe el diseño, desarrollo y construcción de un dispositivo para la grabación, manipulación y reproducción de señales de audio, el cual utiliza en su implementación un sistema embebido. El proyecto fue realizado bajo el sistema operativo Ubuntu 12.04 LTS, con la interfaz gráfica LXDE, el entorno de desarrollo utilizado para la programación y creación de la interfaz gráfica del programa fue Qt 4.8, el dispositivo consiste en la adaptación de un hardware electrónico para la interacción con el software, este tiene la posibilidad de capturar una señal de audio y reproducirla en forma cíclica, creando de esta manera ‘loops’ en tiempo real, también puede guardar bancos de sonido y reproducir audios grabados en sesiones pasadas. El primer S.E utilizado es la BeagleBoard-xM, el cual cuenta con un microprocesador de 1GHz ARM® CortexTM- A8, 512 MB de memoria RAM y dispone de puertos de expansión, USB, entrada y salida de audio Ethernet, HDMI y RS232 entro otros. El segundo S.E fue la Wandboard, esta tiene un procesador Freescale i.MX6 Quad de 1GHz, una memoria RAM de 2GB DDR3, entrada y salida de audio, HDMI, 2 Slot de micro SD, Puerto serial, Puerto USB, USB OTG, entre otros. 8. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: Línea de investigación de la USB: Tecnologías actuales y sociedad. Sub línea de Facultad de Ingeniería: Procesamiento Digital de Señales digitales y/o análogas. Campo temático del programa: Análisis y Procesamiento de Señales. 9. FUENTES CONSULTADAS: Sergi Jordà Puig. (1997). Audio digital y MIDI. Madrid: Guías Monográficas Anaya Multimedia. Disponible en internet: http://es.scribd.com/doc/140416530/Sergi-Jorda-Puig-Audio-Digital-y-MIDI-1997- 243p. Conexiones balanceadas y no balanceadas. 2013. Disponible en internet: http://www.doctorproaudio.com/doctor/temas/balanceado.htm. Procesamiento Audiovisual 3º II/ITIS”, Sesión 1: Programación Visual con Qt Creator, Disponible en la Web: http://dis.um.es/~ginesgm/files/doc/pav/guion1.pdf 10. CONTENIDOS: En un mundo de evolución tecnológica constante, en la cual los procesos son cada día más rápidos, se debe tener a la mano herramientas que faciliten la forma de poder capturar y reproducir señales de audio. Los sistemas embebidos ofrecen las características de un computador la cual está especialmente diseñados para la solución óptima de la tarea o tareas a resolver. 1
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RAE
1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO DE SONIDO.2. TÍTULO: DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA RETROALIMENTACIÓN DE SEÑALES DE AUDIO IMPLEMENTANDO UN SISTEMA EMBEBIDO3. AUTORES: Erick Collante González.4. LUGAR: Bogotá, D.C.5. FECHA: Octubre de 2013.6. PALABRAS CLAVE: Loop, Sistemas Embebido, S.O, BeagleBoard-Xm, WandBoard, Señales de Audio, Conectores TRS, Linux, Qt Creator, Compilador.7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El presente documento describe el diseño, desarrollo y construcción de un dispositivo para la grabación, manipulación y reproducción de señales de audio, el cual utiliza en su implementación un sistema embebido. El proyecto fue realizado bajo el sistema operativo Ubuntu 12.04 LTS, con la interfaz gráfica LXDE, el entorno de desarrollo utilizado para la programación y creación de la interfaz gráfica del programa fue Qt 4.8, el dispositivo consiste en la adaptación de un hardware electrónico para la interacción con el software, este tiene la posibilidad de capturar una señal de audio y reproducirla en forma cíclica, creando de esta manera ‘loops’ en tiempo real, también puede guardar bancos de sonido y reproducir audios grabados en sesiones pasadas. El primer S.E utilizado es la BeagleBoard-xM, el cual cuenta con un microprocesador de 1GHz ARM® CortexTM- A8, 512 MB de memoria RAM y dispone de puertos de expansión, USB, entrada y salida de audio Ethernet, HDMI y RS232 entro otros. El segundo S.E fue la Wandboard, esta tiene un procesador Freescale i.MX6 Quad de 1GHz, una memoria RAM de 2GB DDR3, entrada y salida de audio, HDMI, 2 Slot de micro SD, Puerto serial, Puerto USB, USB OTG, entre otros.8. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: Línea de investigación de la USB: Tecnologías actuales y sociedad. Sub línea de Facultad de Ingeniería: Procesamiento Digital de Señales digitales y/o análogas. Campo temático del programa: Análisis y Procesamiento de Señales.9. FUENTES CONSULTADAS: Sergi Jordà Puig. (1997). Audio digital y MIDI. Madrid: Guías Monográficas Anaya Multimedia. Disponible en internet: http://es.scribd.com/doc/140416530/Sergi-Jorda-Puig-Audio-Digital-y-MIDI-1997-243p. Conexiones balanceadas y no balanceadas. 2013. Disponible en internet: http://www.doctorproaudio.com/doctor/temas/balanceado.htm.Procesamiento Audiovisual 3º II/ITIS”, Sesión 1: Programación Visual con Qt Creator, Disponible en la Web: http://dis.um.es/~ginesgm/files/doc/pav/guion1.pdf10. CONTENIDOS: En un mundo de evolución tecnológica constante, en la cual los procesos son cada día más rápidos, se debe tener a la mano herramientas que faciliten la forma de poder capturar y reproducir señales de audio. Los sistemas embebidos ofrecen las características de un computador la cual está especialmente diseñados para la solución óptima de la tarea o tareas a resolver.
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A diferencia de un PC, el sistema embebido se dota con los módulos estrictamente necesarios para su función, por esta razón su costo es óptimo.La incorporación de un sistema embebido proporciona solución más precisa y rápida en su especialidad, ofrece un mayor número de opciones en los procesos de la actividad específica, y competitividad del producto por su aplicación definida respecto a otros productos similares.11. METODOLOGÍA: El enfoque de esta investigación es empírico-analítico ya que se pretende mejorar por medio de sistemas de electrónica programable la forma de capturar una señal de audio y reproducirla para obtener como resultado final una retroalimentación de señales.12. CONCLUSIONES: Este trabajo presenta el diseño y construcción de un dispositivo para la retroalimentación de señales de audio implementando un sistema embebido, el cual funciona como una herramienta de grabación y reproducción de audio en tiempo real, este sistema permite el almacenamiento de señales de audio provenientes de instrumentos musicales para ser manipuladas por el usuario y reproducir de forma cíclica las señales almacenadas en el sistema, creando de esta manera ‘loops’, también puede cargar archivos de audio preestablecidos y reproducir, detener y pausar audios desde diferentes carpetas del directorio, esto le permite a un músico poder ensayar un solo instrumental en una base armónica generada por el mismo.
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DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA
RETROALIMENTACIÓN DE SEÑALES DE AUDIO UTILIZANDO UN SISTEMA
EMBEBIDO
ERICK COLLANTE GONZÁLEZ
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA - BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA DE SONIDO
PROYECTO DE GRADO
BOGOTÁ D.C
2013
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DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA
RETROALIMENTACIÓN DE SEÑALES DE AUDIO UTILIZANDO UN SISTEMA
EMBEBIDO
ERICK COLLANTE GONZÁLEZ
Anteproyecto presentado para optar al título de Ingeniero de Sonido
Asesor
Ing. Nelson Rosas Jiménez, M. Sc.
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA - BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERIA DE SONIDO
PROYECTO DE GRADO
BOGOTÁ D.C
2013
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Nota de aceptación
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__________________________
_________________________
Presidente del jurado
__________________________
Firma del jurado
__________________________
Firma del jurado
Ciudad y fecha (dd/mes/año). ________,__/__/______
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“El siguiente trabajo está dedicado a mi madre y a mi hermana”,
Ellas son mi razón de vivir y salir adelante.
6
AGRADECIMIENTOS
Tengo que agradecer principalmente a Dios el cual me ha dado todo y es quien
hace posible este proyecto, él se encargó de ponerlo todo en su debido momento,
poniendo a las personas indicadas en el lugar y momento exacto.
Gracias Dios por darme esta hermosa familia. Especialmente gracias a mi madre y
a mi tío William, por brindarme la oportunidad de estudiar esta carrera, gracias por
creer y confiar en mi, gracias por todas sus palabras de aliento que en su
momento fueron de gran fortaleza, gracias por darme con tanto cariño y amor todo
lo que necesité para que este sueño fuera realidad. Igualmente debo agradecer a
mis tíos en Bogotá, Fanny González y Nelson Paipa, apoyo incondicional en esta
ciudad, También debo agradecerle con mucho cariño a tía Marina González quien
siempre estuvo ahí cuando lo necesité. Gracias a mis primos Cesar, Karen y Mery
por hacer mi vida más feliz, No existen las palabras para agradecerles a todos,
toda la ayuda y apoyo infinito.
Agradecimientos a mi director de proyecto Ing. Nelson Rosas por darme su
confianza y entusiasmo para desarrollar este proyecto. También debo agradecer a
todas las personas que me colaboraron y que me guiaron en este trabajo,
Especialmente debo extender un total agradecimiento, a mi amigo el matemático
Emmanuel Rosales, su amable y desinteresada ayuda en el proceso de
compilación de programas y librerías para la arquitectura ARM fue indispensable
Tabla 1. Comparativa de Pedales de Loop en el mercado.....................................23
Tabla 2. Comparativa de otros S.E con arquitectura ARM......................................44
Tabla 3. Características de Hardware BeagleBoard_Xm........................................46
Tabla 4. Especificaciones WandBoards..................................................................47
Tabla 5. Comparativa Beagleboard vs. WandBoard...............................................70
11
LISTA DE GRÁFICAS
pag.
Gráfica 1. Des-balanceado de la señal Análoga.....................................................32
Gráfica 2. Asignación habitual de pines de ¼” TRS...............................................33
Gráfica 3. Asignación habitual de pines conector XLR...........................................34
Gráfica 4. Conexión en “Y” conector XLR...............................................................34
Gráfica 5. Discretización de una Señal continua....................................................37
Gráfica 6. Sistema Embebido BeagleBoard...........................................................45
Gráfica 7. Etapas principales del desarrollo del proyecto.......................................48
Gráfica 8. Vista de la consola alsamixer del PC.....................................................55
Gráfica 9. Interfaz Gráfica del Software en el PC...................................................56
Gráfica 10. Diagrama de Conexiones Prueba del Software en el PC....................57
Gráfica 11. Flujo de señal del dispositivo...............................................................58
Gráfica 12. Vista en perspectiva realizado en sketchup.........................................59
Gráfica 13. Vista desde arriba realizado en sketchup............................................59
Gráfica 14. Fotos del chasis vista lateral (1era Parte)............................................60
Gráfica 15. Fotos del chasis vista Frontal (1era Parte)..........................................60
Gráfica 16. Fotos del chasis Base Blanca..............................................................60
Gráfica 17. Fotos del chasis Laca Verde................................................................60
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Gráfica 18. Diagrama de bloques interacción periféricos con S.E..........................61
Gráfica 19. Conexión de audio en forma de “Y”.....................................................66
Gráfica 20. Adaptación conector 3.5 mm a Hembra TRS de 1/4”..........................66
Gráfica 21. Adaptación a la tarjeta del teclado USB..............................................67
Gráfica 22. Configuración del Shorcut en Qt Creator.............................................68
Gráfica 23. Fotos del chasis Montaje Final (Frontal)..............................................69
Gráfica 24. Fotos del chasis Montaje Final (Perspectiva).......................................69
Gráfica 25. Fotos del chasis Montaje Final (Respaldo)..........................................69
Gráfica 26. Gráfica frontal del manual realizado en sketchup................................71
Gráfica 27. Gráfica Atrás del Manual realizado en sketchup..................................72
Gráfica 28. Procesamiento en el Portátil con htop..................................................73
Gráfica 29. Procesamiento en el Portátil 10 min después......................................74
Gráfica 30. Procesamiento en la BeagleBoard-Xm …............................................76
Gráfica 31. Procesamiento en la WandBoard reproduciendo 4 Audios..................77
Gráfica 32. Procesamiento en la WandBoard con Audios más livianos.................78
Gráfica 33. Procesamiento en la WandBoard con USB 2.0...................................79
Gráfica 34. Procesamiento en la WandBoard con 2 Audios...................................80
Gráfica 35. Interfaz Gráfica Final del software en la WandBoard...........................81
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INTRODUCCIÓN
En el mundo actual existe cada día más la necesidad de realizar procesos de
producción mucho más rápidos, por esta razón el interés por los sistemas
embebidos ha sufrido un aumento considerable en la última década.[1]
Los sistemas embebidos se han masificado y expandido de tal modo que es
común encontrar este tipo de arquitecturas ARM en diferentes dispositivos,
equipos reproductores de video, reproductores portátiles de música, televisores
inteligentes y tablets, son algunos de los dispositivos comúnmente
comercializados, los encontramos desde dispositivos móviles (smartphones) hasta
sistemas de automatización en procesos de producción, son dispositivos usados
para controlar equipos, operación de maquinarias o plantas industriales completas.
Los sistemas embebidos son sistemas Hardware/Software de propósito específico,
diseñados para realizar una o más actividades en tiempo real. Esto permite su
optimización, con el objetivo de mejorar el desempeño, eficiencia y confiabilidad,
teniendo la posibilidad de reducir el tamaño y costo de producción.
El presente documento describe el diseño, desarrollo y construcción de un
software y hardware para ser implementado en un S.E embebido, este permite la
reproducción, grabación y manipulación de señales de audio en tiempo real.
El sistema embebido trabaja bajo el sistema operativo Ubuntu 12.04 LTS, la
programación fue realizada mediante el entorno de desarrollo Qt creator 2.4.1
basado en Qt 4.8 C++. El software tiene la posibilidad de capturar una señal de
audio y reproducirla en forma cíclica, creando de esta manera ‘loops’ en tiempo
real, también puede cargar archivos de audio preestablecidos y reproducir, detener
y pausar audios desde diferentes carpetas del directorio.
[1]Enlace de Articulo de soporte, [En Linea], 2000, 26 de julio de 2013, 11:00 a.m; Disponible en la web: http://www.eltiempo.com/tecnologia/telecomunicaciones/ARTICULO-WEB-NEW_NOTA_INTERIOR-12604488.html
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El dispositivo cuenta con la adaptación de un hardware para la interacción con el
software, es decir, funciona como una superficie de control, la cual por medio de la
implementación de pulsadores permiten activar y desactivar procesos y funciones
del programa. Este dispositivo es un chasis fabricado en acero inoxidable que
provee los conectores de audio para la entrada y salida de la señal.
El S.E utilizado principalmente fue la BeagleBoard-xM, el cual cuenta con un
microprocesador de 1GHz ARM® CortexTM- A8, 512 MB de memoria RAM y
dispone de puertos de expansión, USB, Ethernet, HDMI, RS232, audio y video
para monitores LCD. Debido a que el sistema tuvo problemas con la grabación y
reproducción cíclica de las señales, se implementó la placa Wandboard, esta tiene
un procesador Freescale i.MX6 Quad de 1GHz, una memoria RAM de 2GB
DDR3, entrada y salida de audio, HDMI, 2 Slot de micro SD, Puerto serial, Puerto
USB, USB OTG, entre otros.
En el S.E Wandboard se logró grabar y reproducir audios simultáneamente,
sincronizados con un reloj cíclico modificable. A diferencia de otros pedales de
loops en el mercado, este permite interactuar visualmente con el software por
medio de la interfaz gráfica. Las librerías de audios rítmicos pueden ser
modificadas por el usuario, los pulsadores de la superficie de control pueden ser
configurados de acuerdo a las exigencias del usuario. La relación funcionalidad
precio es óptima.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
La primera clase de equipos embebidos fueron desarrollados por IBM
(International Business Machine) a mediados de los años de 1980. Estos
sistemas han sido implementados para diferentes aplicaciones como sistemas de
telefonía fija y móvil, automatización de procesos de producción, equipos e
instrumentación industrial y sistemas robotizados de todo tipo.
En la Audio Engineering Society (AES), en la afiliación de comunicaciones y
departamento de sistemas embebidos se encuentran diferentes artículos, uno de
estos artículos es una revisión de varios esquemas de controladores inteligentes
de volumen acústico.
• “A Review of Smart Acoustic Volume controllers for consumer
electronics” [1].
Este trabajo evalúa y comprueba esquemas de televisores, sistema estéreo de
autos, reproductores de cd, teléfonos móviles y radio Am/Fm, hay varios ejemplos
de aplicaciones de los controladores de volumen inteligente en dispositivos
electrónicos de consumo, como por ejemplo el sistema estéreo de un automóvil,
en estos sistemas el nivel de volumen automáticamente cae cuando el sistema
detecta que el teléfono suena.
Los móviles inteligentes con un volumen de controlador proporcionan una calidad
de voz mejorada, incluso en presencia de altos niveles de ruidos de fondo[1].
16
• “Acoustic personalization of mobile phones” [2].
Este documento propone la personalización acústica de los teléfonos móviles
basados en los requisitos de audición de un individuo para mejorar la calidad de la
voz. Este propone un sintonizador de acústica inteligente de volumen que utiliza la
lógica difusa para mejorar la calidad de voz basadas en audiogramas. El teléfono
móvil está personalizado con el diseño de la base de reglas difusas para
adaptarse a los requisitos de audiencia de la persona. El sintonizador de volumen
inteligente monitorea continuamente los niveles y clase de ruido de fondo[2].
• “Embedded Controller for audio devices” [3].
En Diciembre de 1994, Barlett, Greg. Expuso un artículo en la cual se trata una
vista general de controladores MIDI la cuales puedes ser fácilmente adaptados
para el uso en productos y sistemas de audio, la intención del artículo es introducir
un simple desarrollo de procedimientos y herramientas para agregar
características a dispositivos de audio controlados por computador[3].
Por otro lado en la IEEE se encuentran varios artículos relacionados con el
procesamiento digital de señales de audio implementando sistemas embebidos.
• “Digital Sound Projector Implementation and Verification within DTV
Embedded System” [4].
En el trabajo de Petrovic, T. y Samardžija, Se propone un sistema embebido para
la separación de la señal de televisión y proyección de sonido digital (DTV) con
procesamiento en tiempo real, esto en base a que el sonido digital ofrece la
tecnología de proyectores de sonido envolvente con un solo parlante mediante la
producción de haces de sonido[4].
17
• “Embedded implementation of acoustic field enhancement for stereo
headphones” [5].
En el artículo postulado por Iwanaga, N. et al. (2002), se expone la aplicación de
sistemas embebidos para la mejora del campo acústico ha sido elaborado con
dedicación para auriculares estéreo. Basándose en el análisis del sentido auditivo
humano, este enfoca con éxito el procesamiento de la señal acústica con el fin de
ampliar un campo acústico generado a través de auriculares estéreo con bajos
costos computacionales.
La implementación del software se evalúa mediante el uso de un DSP integrado y
un procesador RISC con el fin de confirmar la viabilidad del enfoque propuesto[5].
• “3D sound movement system for embedded applications” [6].
Este articulo describe la implementación VLSI de un sistema de sonido en
movimiento es por medio de aplicaciones embebidas. Este sistema se basa en un
método de bajo costo en 3D para la localización del sonido, se intentó la
extracción de características de la cabeza relacionadas con la función de
transferencia a fin de realizar el movimiento del sonido en todas las posiciones en
el espacio 3D por medio de un sistema de coeficiente de almacenamiento
eficiente. El sistema propuesto puede ser implementado por sólo 30.000 com-
puertas, que es lo suficientemente pequeño para aplicaciones embebidas.
Por otra parte, un sistema prototipo se construyó mediante el uso de una tarjeta
FPGA, además se realizaron pruebas subjetivas para evaluar la viabilidad de la
propuesta[6].
18
• “Optimization of AVS Audio Decoder Implemented on RISC Core” [7].
El trabajo realizado por Kwok-Tung Lo y Haijun Lei (2008) proponen la
optimización de un software para la aplicación de AVS-P3 en tiempo real en ARM
9. Esto debido a que la optimización de los sistemas embebidos han sido
reconocidos como un tema clave en la mejora de costos y rendimiento.
El resultado de la prueba muestra que la velocidad de decodificación mejora 10
veces más que el original AVS la señal de audio de onda de decodificación
decodificador estéreo con el bit-rate de 128 kbps y 48 KHz de muestreo. Mientras
tanto, el espacio de memoria se reduce de 130,78 KB a 59.91 KB, y alcanzó el
54,2% de mejora [7].
• “Embedded auditory system for small mobile robots” [8].
Este articulo muestra un sistema capaz de localizar fuentes de sonido por medio
de seguimiento y separación en tiempo real de señales de audio utilizando un
conjunto de 8 micrófonos la cual es procesado en un computador. El sistema es
capaz de localizar y hacer un seguimiento de hasta cuatro fuentes, y hasta tres
fuentes en entornos ruidosos ambas en tiempo real.
Sin embargo el procesamiento de la señal es muy complejo para el equipo, por
esta razón aborda e informa sobre la implementación del sistema integrado en un
DSP (Digital Signal Processor). La implementación de DSP es totalmente
funcional, los resultados demuestran que es factible en plataformas integradas, la
apertura de su uso en aplicaciones de campo, tales como interacción humano-
robot en la vida real[8].
19
• “Design of Embedded Audio and Video Compression System” [9].
Este diseño presenta una estructura ARM + GO7007SB como la solución de audio
integrado y sistema de compresión de vídeo. Esta propuesta de diseño se
caracteriza por la alta velocidad de procesamiento, bajo costo, buena calidad de
imagen y la ejecución en tiempo real. La combinación con la tecnología 3G
próxima, el diseño se podría aplicar a los servicios de vídeo móvil, como sistema
móvil de video vigilancia remota, con la perspectiva del mercado brillante[9].
• “Video collection system based on embedded system and USB
communication” [10].
Este articulo plantea principalmente una solución de implementación del sistema
de videojuegos y colección de audio basado en el microprocesador S3C2410, el
sistema operativo Linux y la comunicación USB. Luego describe el diseño del
hardware del sistema de recolección, además se discute el proceso de
recopilación de datos basados en la plataforma S3C2410. Finalmente se centran
en el método de realización de software de vídeo y recolección de audio[10].
A nivel mundial, diferentes universidades han desarrollado proyectos
implementando sistemas embebidos.
• “Programación de un sistema embebido multimedia” [11].
Este articulo muestra como programar un sistema embebido con aplicaciones
multimedia. La plataforma de desarrollo es un ARM OMAP3530 de Texas
Instruments corriendo un kernel Linux como sistema operativo.
El sistema consta de una placa DevKit8000 de la empresa Embest y un panel
táctil de 7 pulgadas. Se explica cómo utilizar la pantalla táctil, programar una
interfaz gráfica con las librerías Qt de Nokia, reproducir audio a través de la
20
interfaz estándar en audio de Linux denominado ALSA, descodificar MP3 con la
librería open-source MAD, realizar funciones de procesado en un DSP y
programación de un driver completo para un conversor analógico-digital.
• “Diseño de un prototipo embebido para la gestión del padrón
electrónico del T.S.E.” [12].
El documento describe el diseño e implementación de un sistema embebido para
ser empleado como alternativa de búsqueda en el padrón electoral durante los
comicios en Costa Rica. El kit de desarrollo utilizado es el BeagleBoard-xM, el cual
cuenta con un microprocesador de 1GHz ARM® Cortex™- A8, 512 MB de
memoria RAM y dispone de puertos de expansión, USB, Ethernet, HDMI, RS232,
audio y video para paneles LCD.
El sistema trabaja bajo el sistema operativo Ångström, y las aplicaciones fueron
desarrolladas mediante el ambiente Qt 4.7, la cual cuenta con un cross-
compilador. Cuenta además con una pantalla táctil LCD de colores de 7’’, una
impresora de matriz de puntos, teclado externo, y lector de cédulas en formato
PDF417.
• “Transferencia tecnológica y de conocimientos en el diseño de
sistemas embebidos” [13].
Este trabajo pretende ser el punto de partida en el área de diseño de sistemas
embebidos que contribuya a dar soluciones en el problema de atraso y
dependencia tecnológica de la industria electrónica nacional. Para ayudar en el
proceso de aprendizaje y con el fin de facilitar la difusión en la industria, se
diseñaron una serie de plataformas hardware que pueden ser utilizadas como
diseños de referencia en la fabricación de nuevos productos, la información
necesaria para entender, reproducir, modificar y programarlas se encuentra
disponible a quien esté interesado.
21
• “Diseño e Implementación De Un Sistema Embebido Para La
Adquisición Y Transmisión De Señales Biomédicas A Través De La Red
Celular.”[14]
Esta tesis presenta el diseño e implementación de un Sistema Embebido, el cual
captura y transmite por diversos tipos de redes de telecomunicaciones la
información de señales biomédicas, correspondientes a señales de
electrocardiografía, frecuencia cardíaca, saturación de oxígeno en la sangre y
presión arterial.
• “Desarrollo de un controlador midi no convencional, implementado en
un sistema embebido, utilizando el Kinect” [15].
El siguiente proyecto de grado describe y argumenta el desarrollo de un
controlador MIDI[2] no convencional en sistemas embebido utilizando el Kinect. El
dispositivo implementa el protocolo MIDI para controlar hardware y/o software
remoto vía WiFi por medio de la captura de movimientos.
Con la utilización de este tipo de herramientas tecnológicas se puede construir
controladores no convencionales aplicados a la ingeniería de sonido, integrables a
diferentes redes de comunicación de forma práctica, eficaz e innovadora.
En el mercado actual existe diferentes clases de pedales que hacen loops, entre
los más reconocidos están los de la marca Boss, LoopStation RC2, RC3, RC20,
RC20 XL, RC30, RC50, RC300 y el RC 505, Siendo este último uno de los más
completos[3]. De la compañía Digitech existen varios prototipos como el JamMan
Solo Loop Pedal, el DL8, el Digi delay, el JamMan Stereo Loop Pedaly el Jam Man
express XT [4]. Vox tiene a disposición el VDL1 Dynamic Looper Effect Pedal, Lil
[2]Protocolo de comunicación serial que permite la comunicación entre dispositivos electrónicos musicales[3]Enlace de la página en internet; [En Linea], 2000, 1 de julio de 2013, 1:00 p.m; Disponible en la web: http://www.bossus.com/gear/productlist.php?ParentId=251[4]Enlace de la página; [En Linea], 2000, 4 de Septiembre de 2013, 10:00 p.m; Disponible en la web: http://www.digitech.com/en-US/product_families/loopers-delay
22
Looper y el delayLab[5], de Electro Harmonix está disponible el Stereo Memory
Man with Hazarai Looping Pedal y el 45000[6] y La marca line 6 tiene el JM4 Guitar
Looper Effect Pedal[7].
En la siguiente tabla podemos observar una comparativa con las características
principales, tales como conectores de entrada y salida de audio, memoria de
almacenamiento y formatos de grabación de algunos de los pedales de Loop más
usados en el mercado a nivel mundial.
Tabla 1. Comparación Pedales de Loop en el mercado.
Modelo Conectores Efect No. de Tracks
Loops salvados
Max. total Grabación
Sample Rate y
Bits
Precio $US
Boss RC2
USB: No
1 AUX IN 1 INPUT 1 OUTPUT
No 1 11 16 min No se especifica
$189,00
Boss RC3
USB: Si
2 INPUT 1 AUX IN 2 OUTPUT
No 1 99 3 horas aprox.
44.1 kHz, 16-bit, stereo
$199,00
Boss RC20
USB: No
1 AUX IN 1 MIC 1 SHIFT 1 INPUT 1 OUTPUT
Si 1 10 5 min 30s. aprox.
No se especifica
$259,00
Boss RC20XLUSB: No
1 INST 1 MIC 1 AUX IN 1 OUTPUT
Si 1 11 16 min No se especifica
$259,00
Boss RC30
USB:Si
1 MIC IN XLR 1 INST IN 1 AUX IN 1 OUTPUT 1 FOOT SW
Si 2 99 3 horas aproximadamente
44.1 kHz, 16-bit linear stereo
$299,00
[5]Enlace de la página; Enlace de la página; [En Linea], 2000, 4 de Septiembre de 2013, 10:00 p.m; Disponible en la web::http://www.voxamps.com/pedals/[6]Enlace de la página; [En Linea], 2000, 4 de Septiembre de 2013, 10:00 p.m; Disponible en la web:http://www.ehx.com/browse/delay-loopers[7]Enlace de la página; [En Linea], 2000, 4 de Septiembre de 2013, 10:00 p.m; Disponible en la web::http://line6.com/jm4looper/
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Boss RC50USB
/MIDI: Si
1 INST R (MONO)/L 1 MIC (XLR phantom power).1 AUX 1 MAIN OUTPUT R (MONO)/L 1 PHONES SUB 1 OUTPUT R (MONO)/L 1 EXP/CTL 3, 4 1PEDAL ,1CTL
No 3 99 24 min en stereo Aprox 49 min en mono aprox
44.1 kHz, 24-bit
$499,00
Boss RC300USB
/MIDI: Si
1 INPUT MIC 1 INPUT INST 1 INPUT AUX1 MAIN OUTPUT (L/MONO, R) SUB OUTPUT (L/MONO, R) 1 PHONES CTL 1,2 / EXP
Si 3 99 3 Horas Aprox.
44.1 kHz, 16-bit linear, stereo
$490.00
Digitech JamMan
Solo Loop Pedal
1 INPUT 1 INPUT AUX 1 FOOT SW
No 1 99 35 min. 44.1 kHz, 24-bit
$199,95
Digitech JamMan Stereo Loop Pedal
1 INPUT 1 INPUT MIC 1 INPUT AUX 1 HEADPHON 1 FOOT SW
No 1 99 35min 44.1 kHz, 24-bit
$299,95
Vox VDL1
1 INPUT MIC IN XLR 1 OUTPUT
Si 2 100 1 min 44.1 kHz, 24-bit
$249,99
Electro Harmoni Hazarai
1 INPUT (L/MONO, R) MAIN OUTPUT (L/MONO, R)
Si 1 8 30 SEG 46,88 kHz, 24-bit
$217,50
JM4 Guitar Looper Effect Pedal
1 MIC IMPUT 1 INST 1 AUX INPUT 1 CD INPUT 1 OUT(MONO) 1 OUTPUT (STEREO)
Si 1 36 34 min 44.1 kHz, 24-bit
$329,99
Fuente Propia
24
En la actualidad, la universidad de San Buenaventura desarrolla diversos
proyectos de grado que incursionan en el procesamiento digital de señales que
aplican sistemas embebidos.
Algunos de estos proyectos son:
• Desarrollo de un sistema de adquisición del nivel de presión sonora y
variables ambientales utilizando sistemas embebidos, realizado por Nicolás
Arias.
• Desarrollo de un sistema Tele home Care para la monitorización de un
electrocardiograma y un fono-cardiograma fetal, realizado por María
Fernanda Boscan.
• Desarrollo de una interfaz hardware/software de audio para un sistema
embebido, realizado por Yerson Rojas.
25
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En el ámbito de la ingeniería de sonido se ha presenciado en las últimas décadas
una creciente y rápida evolución en los procesos de grabación de audio, esto
debido a que el mundo actual exige cada vez más, eficiencia y productividad. En
compañías y empresas audiovisuales existe la necesidad de grabar señales de
audio automáticamente en formato digital para luego ser editadas y procesadas
utilizando programas especializados.
Muchas empresas, fábricas y organizaciones industriales transmiten información
constantemente en el día a sus empleados y usuarios, debido a que no cuentan
con un sistema de grabación de audio fácil de usar, estas empresas requieren a
una persona exclusiva para transmitir la misma información en el transcurso de
todo el día, esta es una labor extenuante la cual puede ser realizada una única
vez.
Por otro lado siempre ha existido en el mundo artístico la falta de herramientas
para que un solo músico pueda ensayar, practicar y ensamblar una composición
musical propia con varios elementos rítmicos y melódicos. Productores,
compositores y arreglistas deben tener una idea solida de como sonarán sus
líneas rítmicas y melódicas de los solos instrumentales, fraseos de vientos,
arreglos vocales y armonías de la canción, y esto solo se puede saber hasta que
todos los músicos se encuentren presentes o esto sea grabado.
Las pedaleras actuales especializadas en la grabación y reproducción de audio
‘Loops Station’ manejan muy poca memoria para almacenar audio, por esta misma
no tiene muchos ritmos predeterminados, además no cuenta con la posibilidad de
descargar esta información a dispositivos externos de almacenamiento. ¿Cómo
retro-alimentar señales de audio en tiempo real implementando sistemas
embebidos?
26
1.3 JUSTIFICACIÓN.
En un mundo de evolución tecnológica constante, en la cual los procesos son
cada día más rápidos, se debe tener a la mano herramientas que faciliten la forma
de poder capturar y reproducir señales de audio.
Los sistemas embebidos ofrecen las características de un computador la cual
está especialmente diseñado para la solución óptima de la tarea o tareas a
resolver. A diferencia de un PC, el sistema embebido se dota con los módulos
estrictamente necesarios para su función, por esta razón su costo es óptimo.
La incorporación de un sistema embebido proporciona solución más precisa y
rápida en su especialidad, ofrece un mayor número de opciones en los procesos
de la actividad específica, y competitividad del producto por su aplicación definida
respecto a otros productos similares.
En el ámbito musical este dispositivo es muy útil debido a que músicos,
compositores, arreglistas y productores podrán grabar una secuencia armónica
una sola vez y luego tocar encima de esta pista, se podrá ensayar una
improvisación cuantas veces sea necesario o inventar nuevas melodías. Esta
herramienta ayuda a agilizar el proceso de captura y retroalimentación de señales
de audio, debido a un fácil proceso de captura.
Para presentaciones en vivo un solo músico puede generar una composición
completa comenzando por la parte rítmica hasta la voz. Si no es posible practicar
con otras personas, este pedal es de mucha útil para improvisaciones las cuales
deben ser practicadas una y otra vez. Para grupos con pocos integrantes también
es de mucha ayuda ya que podrá traer por medio de un solo click una secuencia
melódica de vientos, coros y melodías de guitarra o piano.
Con esta herramienta se puede guardar información de audio muy fácilmente para
hacer propaganda continua y repetitiva.
27
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
• Diseñar y construir un dispositivo para la retroalimentación de señales de
audio en tiempo real utilizando sistemas embebidos.
1.4.2 Objetivos específicos
• Diseñar y desarrollar un software para la grabación, reproducción y
repetición continua de una señal de audio en tiempo real.
• Diseñar e implementar en el sistema, 3 bancos de almacenamiento de
audio que puedan ser accedidos por el usuario.
• Implementar en el sistema embebido un banco de memoria con audios
rítmicos pre-establecidos.
• Diseñar y construir un dispositivo el cual permita controlar los procesos de
grabación, reproducción y repetición de señales de audio para el sistema
embebido.
• Implementar un circuito electrónico el cual me permita escuchar a la vez, la
señal proveniente del sistema embebido y la señal directa del instrumento.
28
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
1.5.1 Alcances
• Realizar procesamiento de tiempo como retardos y reverberaciones a las
señales de entrada en tiempo real.
• Realizar uno o varios procesos dinámicos como lo son compresores y
compuertas a la señal de audio en tiempo real.
1.5.2 Limitaciones
• Las actividades en el sistema embebidos corren a una velocidad
predeterminada, lo que impone una limitación la capacidad de memoria del
sistema para realizar actividades de procesamiento en tiempo real.
• Limite en procesamiento del software utilizado para el desarrollo del
algoritmo.
29
1. METODOLOGIA
2.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACION
El enfoque de esta investigación es empírico-analítico ya que se pretende mejorar
por medio de sistemas de electrónica programable la forma de capturar una señal
de audio y reproducirla para obtener como resultado final una retroalimentación de
señales.
2.2 LÍNEA INSTITUCIONAL, SUBLÍNEA DE LA FACULTAD Y CAMPO DE
INVESTIGACIÓN.
La línea institucional de mi proyecto es TECNOLOGÍAS ACTUALES Y
SOCIEDAD, ya que en los últimos años los sistemas embebidos responden a las
demandas de un mundo en constante crecimiento tecnológico, siendo estos
usados en diferentes dispositivos electrónicos de vanguardia.
La Sub-línea de la facultad es PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES debido
a que el dispositivo que se fabricará graba y reproduce señales de audio para
luego ser manipuladas a voluntad.
El campo temático del programa de Ingeniería de Sonido al cual se suscribe el
proyecto es de ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE SEÑALES, ya que la
investigación se enfoca en el uso de los sistemas embebidos para la captura y
reproducción de audio.
30
2.3 HIPÓTESIS
Si los sistemas embebidos ofrecen la manera de capturar y reproducir una señal
de audio para realizar una retro-alimentación constante, bajo condiciones de
programación específica debido a su electrónica programable, entonces estos
sistemas pueden ser programados para realizar la función de tarjeta de
adquisición de datos, guardar bancos de sonidos y poder combinar en forma
aleatoria señales de audio con sesiones de audio guardadas con anterioridad.
2.4 VARIABLES
2.4.1 Variables Dependientes
La velocidad de procesamiento del sistema embebido para realizar procesos de
captura y reproducción.
2.4.2 Variables independientes
Las señales de entrada al sistema solo serán controladas por el nivel que se le
asigne desde el instrumento.
31
3. MARCO DE TEÓRICO CONCEPTUAL
Para el desarrollo y construcción del dispositivo se debe tener en cuenta las
siguientes temáticas: Señales Análogas y digitales, formatos de audio digital,
sistemas operativos de código Abierto, sistemas embebidos, y Qt Creator.
3.1 MEDIOS DE CONEXIÓN SEÑALES ANÁLOGAS
Las señales de audio análogo, las cuales son generadas por micrófonos o
instrumentos musicales como guitarras, bajos y teclados, pueden ser
transportadas de dos maneras básicas. La primera es de forma no-balanceada, en
la cual la señal se lleva a través de un cable de dos conductores.
La otra manera es balanceada, la cual implementa conectores de tres pines y
cable de tres conductores, la misma señal se lleva dos veces pero una de ellas
con la polaridad invertida. Esto es conocido como el balanceado de una señal [16]
[17] [18][19][20].
Gráfica 1. Des-balanceado de la señal análogo
Extraído de: “Dopa”, Conexiones balanceadas y no balanceadas, [En Línea], 2000, 26 de mayo
multimedia, impresoras, discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de
adquisición de datos y componentes de red [22] [23].
3.2.2 USB On-The-Go
También conocido como OTG, es una extensión del protocolo USB 2.0, este
permite a los dispositivos USB tener más opciones de conexión entre ellos. Este
tipo de conector habilita a un reproductor de audio o a un teléfono móvil para que
actúe como host, lo que hace posible se les puede conectar una memoria USB, un
ratón, un teclado, un disco duro, etc.
Dichos dispositivos tienen una limitación de consumo, y no permite conectar
dispositivos que consuman en exceso, como, por ejemplo, un disco duro de 2.5” o
un dispositivo USB de gran consumo.
Existen varios tipos de USB OTG, dependiendo de la conexión del dispositivo con
el que lo vayamos a utilizar [47].
35
3.2.3 Tasa de transferencia
El término tasa de bits o tasa de transferencia hace referencia al número de bits
que se transmiten por unidad de tiempo a través de un sistema de transmisión
digital o entre dos dispositivos digitales. La tasa de transferencia del protocolo
USB 2,0 es de hasta 480 Mbit/s (60 MB/s) pero con una tasa real práctica máxima
de 280 Mbit/s (35 MB/s). La Interfaz transferencia de datos SERIAL SATA [8] en la
primera generación es de 150 MB/s. Actualmente se comercializan dispositivos
SATA II, a 300 MB/s, también conocida como Serial ATA-300 y los SATA III con
tasas de transferencias de hasta 600 MB/s [24][25].
3.2.4 Digital Visual Interface
La interfaz visual digital DVI es una interfaz de video diseñada para obtener
mayor calidad de visualización en pantallas digitales, tales como monitores LCD[9],
LED's[10] y proyectores digitales. Fue desarrollada por el consorcio industrial Digital
Display Working Group. El conector usado es tipo DVI [26].
3.2.5 High-Definition Multimedia Interface (HDMI)
La interfaz multimedia de alta definición (HDMI) es un protocolo de audio y vídeo
digital cifrado sin compresión, apoyada por la industria para que sea el sustituto
del euroconector. HDMI provee una interfaz entre cualquier fuente de audio y
vídeo digital como reproductores de Blu-ray[11], Tablets[12] y computadores[27,28].
[8]Serial ATA o SATA (acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y dispositivos de almacenamiento como por ejemplo un disco duro.[9]Pantalla de cristal líquido ó LCD sigla del inglés liquid crystal display es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color.[10]Las pantallas LED están compuestas de paneles o módulos de ledes (diodos emisores de luz) monocromáticos o policromáticos (RGB) que en conjunto forman píxeles, haciendo posible ver video.[11]Blu-ray es un formato de disco óptico de nueva generación, empleado para vídeo de alta definición, con capacidad de almacenamiento de datos mayor que el DVD.[12]Computador portátil un poco mas grande que un teléfono inteligente, integra una pantalla táctil.
Para poder manipular señales de audio en un computador es necesario la
conversión de señales análogas a señales digitales, esto nos ofrece muchas
ventajas como lo son facilidad para el procesamiento de la señal y la posibilidad
de realizar copias idénticas. Los audios digitales son una señal eléctricamente
exacta a una señal sonora y se encuentra acotada al rango de frecuencias
audibles para los seres humanos que está entre los 20 y los 20KHz,
aproximadamente [29].
Para obtener un audio digital se debe discretizar las señales sonoras continuas en
unas secuencias de números binarios[13]. Este proceso se lleva a cabo en dos
niveles, el temporal y el de la amplitud. En la Gráfica 15 se muestra una señal
continua, discretizada en el tiempo (cuadros blancos) y en la amplitud (puntos
negros). Entre más corta sea la distancia entre puntos, mayor similitud existirá
entre la señal original y la señal digitalizada.”[30].
Gráfica 5. Discretización de una señal continua
Fuente: Sergi Jordà Puig. (1997). Audio digital y MIDI. Madrid: Guías Monográficas Anaya
Multimedia.
[13]Sistema que utilizan los computadores, debido a que trabajan internamente con dos niveles de voltaje, encendido 1 y apagado 0.
37
3.3.1 Muestreo
El muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la
amplitud de onda. La frecuencia de muestreo es la velocidad con que se toma esta
muestra, es decir, el número de muestras por segundo. Según el teorema de
muestreo de Nyquist-Shannon, para cubrir el espectro audible entre 20 y 20KHz
se necesita una tasa de muestreo de más del doble, 44.1KHz es el estándar CD-
Audio [30][31].
3.3.2 Número de bits y Rango dinámico
En cuanto más alto sea el número de bit del archivo de audio, mejor será la
calidad del sonido, este tendrá más parecido al sonido analógico original. El rango
dinámico en decibelios viene dado aproximadamente por la fórmula:
Rango dinámico en dB = 10 x log10 (amplitud máxima2/amplitud mínima2)
Por lo tanto un sistema de conversión de 8 bits posee un rango dinámico de
aproximadamente 48 dB, mientras que uno de 16 bits, tendrá un rango dinámico
de 96 dB.
Cuando no se necesite una calidad de alta fidelidad, se pueden utilizar
especificaciones inferiores. Por ejemplo, una frecuencia de muestreo de 11.025 Hz
y una resolución de 8 bits, ofrecen una calidad comparable a la de una línea
telefónica convencional, por lo que serán suficientes para algunas aplicaciones de
voz[31].
38
3.3.3 Tamaños del Audio Digital
Teniendo en cuenta que un byte son ocho bits, un archivo de audio de 16 bits, en
rango dinámico, ocupará dos bytes por segundo, si la frecuencia de muestreo es
de 44.100 Hz, significa que cada segundo requiere de 44.100 muestras. Si el
sonido es estéreo, utiliza dos canales, las cuales duplican los tamaños de los
archivos de audio.
2 bytes/muestra x 44.100 muestras/segundo x 2 (canales) = 176.400 bytes/segundo o 172,2 Kb/s.
Realizando una multiplicación más, se observa que un minuto de audio digital
estéreo, ocupa un valor muy cercano a los 10 Mb.
Los CD's de Audio por lo general no superan los 70 minutos. Esta duración se
debe a que su capacidad suele ser de 700 Mb.
Cuando los archivos de audio son monofónicos, estos tamaños descienden a la
mitad, y lo mismo sucede si la resolución es de 8 bits en lugar de 16 bits, o la
frecuencia de muestreo es de 22.050 Hz. Por ello, limitando la calidad al mínimo,
el tamaño necesario para un minuto de sonido monofónico de 8 bits y 11.025 Hz,
se reduce aproximadamente a 646 Kb. [29][30][31].
39
3.4 SISTEMAS OPERATIVOS
3.4.1 GNU / Linux
Linux es un sistema operativo multitarea, multiusuario, multiplataforma basado en
Unix[14]. Las características principales es que es un S.O libre, esto significa que no
se tiene que pagar ningún tipo de licencia por el uso del software, la segunda, es
que el sistema viene con el código fuente.
El sistema lo forman el núcleo del sistema (kernel) más la implementación de
bibliotecas que hacen posible su utilización. Muchos de estos programas y
bibliotecas han sido posibles gracias al proyecto GNU [15], por esta razón, muchos
llaman a Linux, GNU/Linux, para resaltar que el sistema lo forman tanto el núcleo
como gran parte del software producido por el proyecto GNU General Public
License, por lo tanto, el código fuente tiene que estar siempre accesible y
cualquier modificación o trabajo derivado tiene que tener esta licencia. [32][33].
Existen varios sistemas operativos basados en el núcleo Linux[16], entre las más
utilizadas encontramos:
• Red Hat Enterprise Linux, su fabricante Red Hat, apoya el desarrollo de
software libre con el proyecto Fedora, del cual se derivan distribuciones
compatibles como Oracle Enterprise Linux, CentOS y Mandriva Linux.
• SUSE Linux de Novell. Originalmente liberado por la compañía alemana
SuSE. Es popular por sus herramientas de administración centralizada. De
manera análoga a RedHat con Fedora, apoya el proyecto openSUSE.
• Debian GNU/Linux. Con una de las comunidades más grandes y antiguas
del movimiento de software libre, es base para distribuciones como
Xandros, Mepis, Linspire y Ubuntu.[33]
[14]UNIX es un sistema operativo portable, multitarea y multiusuario; desarrollado en 1969, por un grupo de empleados de los laboratorios Bell de AT&T[15]En 1983, Richard Stallman fundó el Proyecto GNU, con el proposito crear un sistema similar a Unix, que pudiese ser distribuido libremente.[16]En 1991, Linus Torvalds empezó a proponer el núcleo Linux y a reunir colaboradores
40
3.4.2 Ubuntu 12,04 LTS[17]
Este sistema operativo utiliza el núcleo Linux y tiene sus orígenes en Debian/GNU
Linux, debido a que hace parte del proyecto GNU, es mantenido por una gran
comunidad informática[18]. La distribución de Ubuntu está orientado al usuario
común, su interfaz de usuario Unity[19] creada para el entorno de escritorio
GNOME[20], y desarrollado por Canonical[21], ofrece facilidad de uso, esta tiene un
fuerte enfoque en mejorar la funcionalidad para sus usuarios.
Ubuntu 12.04 está compuesto de múltiples software normalmente distribuido bajo
una licencia libre o de código abierto. Al mantenerse libre y/o gratuito, aprovecha
los desarrolladores de todo el mundo para mejorar los características de su
sistema operativo. La comunidad de desarrolladores proporciona soporte para
otras derivaciones de Ubuntu, con otros entornos gráficos, como Kubuntu,
Xubuntu, Ubuntu Studio, Ubuntu Gnome y Lubuntu[34].
3.4.3 LXDE (Entorno de Escritorio X11 Ligero).
LXDE[22] es una interfaz gráfica ligera de código abierto licenciado bajo la GPL
para Unix y otras plataformas POSIX compatibles, como Linux. El nombre LXDE
significa "Lightweight X11 Desktop Environment". LXDE es la solución para el
ahorro de energía y consumo de recursos de procesamiento. Trabaja bien con
computadoras de bajo rendimiento tales como netbooks de nueva generación y
S.E. Puede ser instalado en varias distribuciones de Linux como Ubuntu o
Debian[35].
[17]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 26 de mayo de 2013, 8:00 a.m; Disponible en la web:http://www.ubuntu.com/[19]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 26 de mayo de 2013,8:00 a.m; Disponible en la web: https://unity.ubuntu.com/[20]Entorno de escritorio para sistemas operativos GNU/Linux.[21]Empresa que brinda venta de soporte y servicios relacionados con Ubuntu.[22]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 26 de mayo de 2013,8:00 a.m; Disponible en la web: http://lxde.org/es
41
3.5 QT CREATOR [23]
Qt es una biblioteca Multi-plataforma usada mundialmente para desarrollar
aplicaciones con interfaz gráfica, así como también para el desarrollo de
programas sin interfaz gráfica.
Qt es un Entorno de Desarrollo Integrado o IDE la cual consta de un editor,
compilador y depurador bastante completo y fácil de manejar, Utiliza el lenguaje de
programación orientado a objetos C++, permite realizar programación visual y
programación dirigida por eventos, es posible el desarrollo rápido de aplicaciones
en entornos MS Windows, Mac OS y Linux.
Qt es desarrollada como un software libre y de código abierto a través de Qt
Project[24], donde participa tanto la comunidad, como desarrolladores de Nokia,
Digia y otras empresas.[36][37]
3.6 COMPILADOR GCC
Un compilador es un programa informático que traduce un programa escrito en un
lenguaje de programación a otro lenguaje de programación, generando un
programa equivalente que la máquina será capaz de interpretar. Usualmente el
segundo lenguaje es lenguaje de máquina, pero también puede ser un código
intermedio (bytecode), o simplemente texto. Este proceso de traducción se conoce
como compilación [38].
El compilador GCC[25] está integrado en el proyecto GNU para C, C++, Objective C
y Fortran; es capaz de recibir un programa fuente en cualquiera de estos
lenguajes y generar un programa ejecutable binario en el lenguaje de la máquina
donde va a correr.
[23]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 26 de mayo de 2013,8:00 a.m; Disponible en la web: http://qt.digia.com/[24]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 26 de mayo de 2013,8:00 a.m; Disponible en la web:http://qt-project.org/[25] GCC significa "GNU Compiler Collection". Originalmente significaba "GNU C Compiler".
42
3.7 SISTEMAS EMBEBIDOS
Los sistemas embebidos son sistemas Hardware y Software de propósito
específico, están diseñados para realizar una o más actividades, generalmente en
tiempo real. Estos sistemas permite su optimización, mejorando el desempeño,
eficiencia y confiabilidad, teniendo la posibilidad de reducir el tamaño y costo de
producción.
Las principales diferencias de los sistemas embebidos con los computadores personales son [13][46]:
• Pueden ser implementados en diferentes Proyectos con arquitecturas de
procesadores ARM.
• El desarrollo se puede optimizar por medio de un diseño particular de
hardware y software, esto con el objetivo de satisfacer las tareas
específicas que se desea cumplir.
• Poseen recursos limitados de procesamiento, memoria RAM [26], ROM[27]
y al manejo de los dispositivos y periféricos de almacenamiento.
• En los sistemas embebidos el consumo de potencia es muy bajo, por esta
razón permiten implementar soluciones con bajos consumos de energía.
• Generalmente, los sistema embebidos poseen limitaciones de tiempo,
debido a esto, un gran número aplicaciones desarrolladas en estos
sistemas se realizan en tiempo real.
[26] RAM proviene de ("Read Aleatory Memory") ó memoria de lectura aleatoria, esta encarga de almacenar datos e instrucciones de manera temporal.[27] Es un medio de almacenamiento utilizado en ordenadores y dispositivos electrónicos, que permite sólo la lectura de la información y no su escritura,
43
A continuación se presenta una tabla con las características de los sistemas
embebidos RaspBerry[28], Hackberry[29], BeagleBone[30], PandaBoard [31], Cubioard [32]y Odroid U2[33] de arquitectura ARM, la información fue recolectada de las
paginas oficiales de cada distribución.
Tabla 2. Comparativa de otros S.E con arquitectura ARM
Fuente propia.
[28]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: http://www.raspberrypi.org/[29]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: https://www.miniand.com/products/Hackberry%20A10%20Developer%20Board[30]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: http://beagleboard.org/[31]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: http://pandaboard.org/[32]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: http://cubieboard.org/[33]Enlace a la pagina web; [En Linea], 2000, 8 de Julio de 2013, 9:00 p.m; Disponible en la web: http://www.hardkernel.com/renewal_2011/main.php
El procesador de la BeagleBoard-xm es el OMAP3730 CBP1 de 1 GHz, este es un
procesador de aplicaciones multimedia de Texas Instruments, basado en la
arquitectura de doble núcleo, optimizada para sistemas operativos eficientes y
ejecución de código de multimedia. Contiene en su interior procesadores ARM
(CPU) y procesadores DSP[34], además de puertos de conexión a USB, cámara,
LCD, memoria, y periféricos inalámbricos. Combina el comando y las
características de control de los microprocesadores ARM y DSP de alto
desempeño y bajo consumo de potencia. En la siguiente tabla se muestran las
características principales de la BeagleBoard-xm[39].
Gráfica 6. Sistema embebido BeagleBoard-xm destacando sus principales características
Fuente: [En Línea], 2000, 26 de mayo de 2013,8:00 a.m.; Disponible en la web: http://beagleboard.org/
[34] Un procesador digital de señales o DSP (sigla en inglés de digital signal processor) es un sistema basado en un microprocesador para aplicaciones que requieran operaciones numéricas de muy alta velocidad.
/* este es el corazon del programa, es un relog contador (timer), lo tego ajustado al bpm 100 por defecto, pero este puedeser modificable cuando quieres grabar ritmos de acompañamiemnto*/
void LoopStation::on_Bpm_clicked(){ if(tb==0) //la primera vez tb=0y cuando pulso este boton arranca el contador BPM {
} if(tb==1){// y cuando lo presionapor segunda vez desconecta el contador ui->loopdown->show(); ui->loopup->show(); t=1; timer->stop(); timer->disconnect(SIGNAL(timeout()),this,SLOT (Contador())); tb=0; }}
94
A.6 Código del Slot Contador
void LoopStation::Contador() //Este es un Slot y se encarga de contar de de 1 a 4
repetidamente
{ playerclick1->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Loops/00Click1.wav")); playerclick2->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Loops/00Click2.wav")); // estos son los click del metronomo
if(r==0){if (ti2==30000/bpm)// Con sta variable le indico q cuando ti2 sea este valor pare la grabacion recorder->stop();}
if (t==4){ t=0;
if(m==1){playerclick1->setVolume(0);} // aqui le bajo el volumen al click if(m==0){playerclick1->setVolume(100);// aqui se lo subo playerclick1->play();}
// Audios de bateria p1, p2, p2,p4............................................................if(p1==1){Music1->setVolume(100); Music1->play();}if(p1==0){Music1->stop();}
//-------------ESTE ES EL GRABADOR----------------------------------- if(r==1) { recorder->record();} //Este me permite grabar a partir del 1er compas (tiempo fuerte) if(r==0) { recorder->stop();}// detiene la grabacion en el 1er compas
if(rec3==1) pista3->play(); if (rec3==0) pista3->stop();
}
//------------------------------------------------------------------------------------------------------//--------------ESTOS SON LOS OTROS 3 TIEMPOS--------------------------------------// Los tiempos solo reproducen click del metronomo if (t==1){ if(m==1){playerclick2->setVolume(0); } if(m==0){playerclick2->setVolume(100); playerclick2->play();} } if (t==2){ if(m==1){playerclick2->setVolume(0); } if(m==0){playerclick2->setVolume(100); playerclick2->play();} } if (t==3){ if(m==1){playerclick2->setVolume(0); } if(m==0){playerclick2->setVolume(100); playerclick2->play();} } t++; ui->lcdNumberNum->display(t);}
96
A.7 Código para aumentar, disminuir o mutear el metrónomo
void LoopStation::on_up_clicked(){
bpm++; // con este push button puede aumetar el BPM t=1; ui->lcdNumberBPM->display(bpm); timer->start(60000/bpm);
bpm--; // con este disminuyo el BPM t=1; ui->lcdNumberBPM->display(bpm); timer->start(60000/bpm); if(bpm==49){ bpm=50; t=1; ui->lcdNumberBPM->display(bpm); timer->start(60000/bpm);}}
A.11 Código hacia arriba y hacia abajo en Playlist
void LoopStation::on_loopup_clicked()
//Este boton me permite ascender entre los ritmos predeterminados// es un contador q cada q vez q pulso sube al siguiente ritmo{ l++; ui->lcdNumberSound->display(l);
if (l==1){ p1=1; // para cada uno de ellos defino el BPM y la variable ti2 ui->down->hide(); ui->up->hide(); ui->dialbpm->hide(); bpm= 75; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==2){ p1=0;p2=1; bpm= 82; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==3){p2=0;p3=1;
100
bpm= 90; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==4){ p3=0;p4=1; bpm= 102; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==5){ p4=0;p5=1; bpm= 105; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==6){ p5=0;p6=1; bpm= 108; timer->start(60000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==7){ p6=0;p7=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==8){ p7=0;p8=1; bpm= 60; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==9){ p8=0;p9=1; bpm= 66; timer->start(60000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==10){ p9=0; p10=1; bpm= 84; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
101
if (l==11){ p10=0;p11=1; bpm= 84; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==12){ p11=0;p12=1; bpm= 98; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==13){p12=0;p13=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==14){ p13=0;p14=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==15){ p14=0;p15=1; bpm= 115; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==16){ p15=0;p16=1; bpm= 60; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==17){ p16=0;p17=1; bpm= 73; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==18){ p17=0;p18=1; bpm= 73; timer->start(60000/bpm);
102
ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==19){ p18=0;p19=1; bpm= 81; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==20){ p19=0; p20=1; bpm= 95; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==21){p20=1; bpm= 95; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); qDebug("El ti2 es de vale %d",ti2); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);} if (l==21){ l=20;ui->lcdNumberSound->display(l);}
}
//-------------------------------------BOTON HACIA ABAJO PLAYLIST----------------------------------------------------void LoopStation::on_loopdown_clicked(){ //Este boton me permite descender entre los ritmos predeterminados // es un contador q cada q vez q pulso baja al siguiente ritmo l--; ui->lcdNumberSound->display(l); playerclick1->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Loops/00Click1.wav")); playerclick1->play(); if (l==-1){ l=0;ui->lcdNumberSound->display(l);}
if (l==0){ p1=0; ui->down->show(); ui->up->show(); ui->dialbpm->show(); bpm=100; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==2){ p3=0;p2=1; bpm= 82; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==3){p4=0;p3=1; bpm= 90; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==4){ p5=0;p4=1; bpm= 102; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==5){ p6=0;p5=1; bpm= 105; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==6){ p7=0;p6=1; bpm= 108; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==7){ p8=0;p7=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==8){ p9=0;p8=1; bpm= 60; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==9){ p10=0;p9=1; bpm= 66; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
104
if (l==10){ p11=0;p10=1; bpm= 84; timer->start(60000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==11){ p12=0;p11=1; bpm= 84; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==12){ p13=0;p12=1; bpm= 98; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==13){p14=0;p13=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==14){ p15=0;p14=1; bpm= 110; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==15){ p16=0;p15=1; bpm= 115; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==16){ p17=0;p16=1; bpm= 60; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==17){ p18=0;p17=1; bpm= 73; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==18){ p19=0;p18=1; bpm= 73; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
105
if (l==19){ p20=0;p19=1; bpm= 81; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}
if (l==20){ /*p21=0*/ ;p20=1; bpm= 95; timer->start(60000/bpm); ti2=(30000/bpm); ui->lcdNumberBPM->display(bpm);}}
A.12 Codigo Usando la librería Phonon
void LoopStation::on_AddAudio_clicked(){
// Para poder hacer este descargue la libreria Phonon QString file = QFileDialog::getOpenFileName(this,"Chose Audio File",ui->label_2->text()); mediaObject= Phonon::createPlayer(Phonon::MusicCategory,Phonon::MediaSource(file)); mediaObject->play(); // Muestro el nombre del archivo en el label if(!file.isNull()) ui->label_2->setText(file + QString("/")); setFocus();
ui->label->setText("Reproduciendo loop"); e=1; a=1;}void LoopStation::on_Play_clicked(){ mediaObject->play(); a=1;//reproduce // Muestro el mensaje en el label if (e==1){ ui->label->setText("Reproduciendo loop");} if (e==0){ ui->label->setText("Loop Eliminado debes cargar otro audio");}}void LoopStation::on_Stop_clicked(){ mediaObject-> stop(); a=0;// Stop if (e==1) { ui->label->setText("Loop Detenido"); } if (e==0) {ui->label->setText("Loop Eliminado debes cargar otro audio"); }}void LoopStation::on_Pause_clicked(){ mediaObject-> pause(); if (e==1) { ui->label->setText("Loop en pausa");} if (e==0) { ui->label->setText("Loop Eliminado debes cargar otro audio"); }
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}void LoopStation::on_Clear_clicked(){ mediaObject->clear(); ui->label->setText("Loop Eliminado debes cargar otro audio"); e=0;}
if(mo==0){ //cuando m=0 , esta en modo grabacion if(g1==0){ // la primera vez cuando g1=0 comienza la grabacion ui->label_5->setText("Chanel 1 ***RECORDING***"); QAudioEncoderSettings audioSettings; audioSettings.setCodec("audio/PCM"); audioSettings.setSampleRate(44100); audioSettings.setBitRate(16); audioSettings.setQuality(QtMultimediaKit::VeryHighQuality); recorder->setEncodingSettings(audioSettings); // dependiendo del banco me almacena con nombres diferentes if(b==1)recorder->setOutputLocation(QUrl("/home/erick/Audios/1A-1C-1B.wav")); if(b==2)recorder->setOutputLocation(QUrl("/home/erick/Audios/1A-1C-2B.wav")); if(b==3)recorder->setOutputLocation(QUrl("/home/erick/Audios/1A-1C-3B.wav")); r=1; //recorder->record(); g1=1; return; } if (g1==1) //cuando g1=1 le digo q reproduzca el audio { // Con esta vaiable puedo saber si use este canal r=0; //recorder->stop(); ui->label_5->setText("Channel 1 ***PLAYING*** "); ui->rec1->hide();// escondo este boton para q si la persona lo hunde por error no exista conflicto if(b==1){pista111->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Audios/1A-1C-1B.wav")); rec111=1; g1=0; return;} if(b==2){pista211->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Audios/1A-1C-2B.wav")); rec211=1; g1=0; return;} if(b==3){pista311->setMedia(QUrl::fromLocalFile("/home/erick/Audios/1A-1C-3B.wav")); rec311=1; g1=0; return;} }} if (mo==1){ //MODO REPRODUCCION if (s1==1) { // cuando s1=1 reproduce if(b==1){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 1
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***PLAYING*** "); rec111=1; s1=0;return;} if(b==2){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 2 ***PLAYING*** "); rec211=1; s1=0;return;} if(b==3){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 3 ***PLAYING*** "); rec311=1; s1=0;return;} } if(s1==0){ // cuando s1=0 para el audio if(b==1){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 1 ***IN STOP *** "); rec111=0; s1=1;return;} if(b==2){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 2 ***IN STOP *** "); rec211=0; s1=1;return;} if(b==3){ ui->label_5->setText("Channel 1 -*- Bank 3 ***IN STOP *** "); rec311=0; s1=1;return;} } }}
A.14 Codigo PushButton Mode
//-----CHECHBOX MODE
// este boton me permite escoger entre modo grabación el cual me permite grabr y reproducir// y el modo reproducción q me permite detener y reproducir pistas por independiente en cada banco
void LoopStation::on_Clear1_clicked()// la opcion eliminar audio de la carpeta no existe dentro de esta libreria// por eso decidí cargar un audio en blanco para q lo reprodujera{
