Struktura zdrojáku analogového záznamu v jazyce C

Při záznamu program c_rec z VACu vytvoří soubor recording.c, což je výsledný záznam, který se skládá z:

• recording.h, což je samotný výstup z programu c_rec a obsahuje především obrovský řetězec unsigned char tape_data[] a parametry záznamu:
  • preemphasis_usec
  • sample_rate_Hz
  • mono
  • seed – startovací pozice pseudonáhodného generátoru
  • analogize_n – počet digitálních symbolů
  • analogize_n_half – symbol na půl cesty – půlka počtu digitálních symbolů
  • char_swap_rd – zpětná překladová tabulka pro 1-znakové přehrávání, aby data mohla být v ASCII artu, kde tichu odpovídají mezery atd.
  • label0, label1, label2, label3 – jednotlivé řádky popisky kazety
  • playback_gain_lin – je známý až po záznamu, tak je na konci. Zesílení při přehrávání.
• c_play1.c, první část přehrávače – proměnné
• pair1.h, definice konstant společných pro záznam o přehrávač: STRBASE, STR2BASE, STRBASE_HALF, STR2BASE_HALF
• ink_pixels.h: tabulka kolik inkoustových pixelů má který znak. Generováno programem count2
• pair2.h: kód překladových tabulek 1– a 2-znakového záznamu který musí být identický při záznamu i přehrávání, aby dával stejné výsledky, proto je v separátním souboru .h, který se vloží pomocí #include
• c_play2.c – většina kódu přehrávače

Čtení z kazety

V souboru c_play2.c read_byte_pretty_printed pouze přečte bajt z řetězce tape_data. Funkce compress_char vyhodí z řady hodnot 3 znaky které se v C řetězcích nedají vždy napsat jako 1 znak: uvozovky, otazník a obrácené lomítko. Návratová hodnota 0 znamená že se další bajt z pásky nepodařilo přečíst a je tedy konec přehrávání.

static inline unsigned read_byte_clean(unsigned char *clean_byte)
{
        unsigned retval;
        unsigned char expanded_char, compressed_char;

        retval=read_byte_pretty_printed(&expanded_char);
        if (!retval) return 0;
        compressed_char=compress_char(expanded_char);
        *clean_byte=char_swap_rd[((unsigned)compressed_char)&0xFFU]; /* int cannot be used because bitwise ops don't have guaranteed meaning in terms
                                                                    of value */
        return 1;
}

Přeskakování 3 problematických znaků

Proč se roztahování číselné řady na přeskočení uvozovky, otazníku a obráceného lomítka nedělal při záznamu? Záhadu objasní tyto komentáře v c_rec.c: pro zápis je tato operace integrována v překladové tabulce, pro čtení nikoliv.

static unsigned char char_swap_wr[STRBASE]; /* For recording. Contains directly expanded chars. */
static unsigned char char_swap_rd[STRBASE]; /* For playback. Indexed by compressed char. */

Máme-li odstup od šumu větší jak 41 dB, používají se místo toho dva znaky na symbol a tato rutina s překladovou tabulkou pair_rd, kterou si přehrávač vytoří identicky se záznamovým programem.

static inline unsigned read_pair(unsigned *zeroed_on_STR2BASE_HALF)
{
        unsigned rv0, rv1;
        unsigned char ec0, ec1, cc0, cc1;

        rv0=read_byte_pretty_printed(&ec0);
        rv1=read_byte_pretty_printed(&ec1);

        if (!(rv0&&rv1)) return 0;

        cc0=compress_char(ec0);
        cc1=compress_char(ec1);

        *zeroed_on_STR2BASE_HALF=pair_rd[cc0][cc1];
        return 1;
}

Čtení diferenciální číslice

Obě funkce se pak sjednotí ve funkci čtení diferenciální číslice (symbolu) – tedy ne skutečného symbolu ale rozdílu od předchozího. STRBASE_HALF je symbol zhruba v půlce rozsahu pro 1-znakové nahrávání (zvládne max. 92 úrovní), STR2BASE_HALF je pro 2-znakové.

Zde je opět třeba zajistit, že před počítáním zbytku %n_levels neprotočíme čísla pod nulu. Hodnota proměnné zeroed_on_STR(2)BASE_HALF je v rozsahu  >=STR(2)BASE_HALF-analogize_n_half...<STR(2)BASE_HALF-analogize_n_half+n_levels.

Nulová změna sobě jdoucích symbolů odpovídá STR(2)BASE_HALF v případě proměnné zeroed_on_STR(2)BASE_HALF a ve výstupu toto bude odpovídat analogize_n_half, což je zhruba půlka n_levels. Nejmenší hodnota která může být v zeroed_on_STR(2)BASE_HALF  je tedy STR(2)BASE_HALF-analogize_n_half. K tomu se přičte analogize_n_half-STR(2)BASE_HALF, takže dostaneme STR(2)BASE_HALF-analogize_n_half+analogize_n_half-STR(2)BASE_HALF, a toto je očividně 0.

Pokud je obsah pásky porušen, podmínka splněna být nemusí, ale tam je pak jedno, co za hodnotu se z pásky přečte.

static inline unsigned read_diff_digit(unsigned long *diff_digit, unsigned long n_levels)
{
        if (n_levels>STRBASE){
                unsigned zeroed_on_STR2BASE_HALF;
                if (!read_pair(&zeroed_on_STR2BASE_HALF)) return 0;
                /* Now zeroed_on_STR2BASE_HALF is zeroed on (=corresponds to no change) STR2BASE_HALF.
                 * >=STR2BASE_HALF-analogize_n_half...<STR2BASE_HALF-analogize_n_half+n_levels */
                *diff_digit=((unsigned long)zeroed_on_STR2BASE_HALF+(unsigned long)analogize_n_half
                        -(unsigned long)STR2BASE_HALF)%n_levels;
                return 1;
        }else{
                unsigned char zeroed_on_STRBASE_HALF;
                if (!read_byte_clean(&zeroed_on_STRBASE_HALF)) return 0;
                /* Now zeroed_on_STRBASE_HALF is zeroed on (=corresponds to no change) STRBASE_HALF.
                 * >=STRBASE_HALF-analogize_n_half...<STRBASE_HALF-analogize_n_half+n_levels */
                *diff_digit=((unsigned)zeroed_on_STRBASE_HALF+(unsigned)analogize_n_half
                        -(unsigned)STRBASE_HALF)%n_levels;
                return 1;
        }
}

Z read_diff_digit  nám padají diferenciální symboly (číslice) tedy rozdíly vůči symbolu předchozímu. Skutečné symboly z nich udělá funkce read_smooth_11 a vytvoří z digitálních číslic analogové hodnoty voláním deanalogize_11. Používá se proměnná previous_real_digit, v které si pamatujeme hodnotu předchozí skutečné (nediferenciální) číslice a musí být v rozsahu >=0…<analogize_n. Výraz (unsigned long)diff_digit+n_levels-analogize_n_half+*previous_real_digit se nám neprotočí pod nulu, protože jediná odčítaná hodnota analogize_n_half je menší přičítaná hodnota. n_levels=analogize_n.

int read_smooth_11(unsigned long *previous_real_digit, double *smooth, unsigned long n_levels)
{
        unsigned long diff_digit;
        unsigned long real_digit;

        if (!read_diff_digit(&diff_digit, n_levels)) return 0;
        real_digit=((unsigned long)diff_digit+n_levels-analogize_n_half+*previous_real_digit)%n_levels;
        *previous_real_digit=real_digit;
        *smooth=deanalogize_11(real_digit, n_levels);
        return 1;
}

Je nutné aby proměnná previous_real_digit byla inicializovaná na analogize_n_half identicky jako při záznamu. Toto se dělá ve funkci  read_tape_header:

        prev_real_dig_0=analogize_n_half;
        prev_real_dig_1=analogize_n_half;

Jak napovídala přípona _11 názvů read_smooth_11 a deanalogize_11, pracovalo se v rozsahu reálných čísel >=-1…<=+1. To se triviálně mění ve funkci deanalogize_11 na rozsah >=0…<=+1: pro funkci  deanalogize_01.

Rádiový program: Hacker Public Radio 3811: pojmenované roury příkazem mkfifo (anglicky)

Myslím si, že k hackerskému rádiu dobře sedne, když je šířeno ve formátu programovacího jazyka C, a s vysílacím kompresorem zní lépe, skoro jako profesionální rádio. Tentokrát si prosvištíme slovíčka v angličtině.

_______________________________________________________ (+) _______________________________________________ (+) | / Hacker Public Radio ep. 3811: mkfifo and \ | | | named pipes, by Klaatu, CC-BY-SA 4.0 | | | | Have you ever named a pipe? | | | | https://hackerpublicradio.org/eps.php?id=3811 | | | | _________________________________ | | | | / _________ \ | | | | | A " A | | A " A | | | | | | ( ) | | | | ( ) | | | | | | v , v |_________| v , v | | | | | 75 μs \_________________________________/ | | | | | | | | VIRTUAL ANALOG CASSETTE BY KAREL KULHAVÝ | | | |_________________________________________________| | | / (+) \ | | / _ _ \ | | / _ (_) (_) _ \ | (+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

(logo public domain)

Kompilační příkaz:

bzip2 -dc hpr_3811_256_fm.c.bz2 | cc -O3 -x c - -lm -o recording && ./recording 0 | mpv -

Analogový rádiový poslech přímo z exotických krajin přinášený na vlnách jazyka C

Thajsko AM

Thajské či kambodžské analogové rádio si zde můžete v ukázce poslechnout zcela autenticky, aniž byste se tam museli osobně trmácet. Znít bude přesně stejně, jako byste se tam osobně dostavili (za předpokladu akustického šumu okolí podobného tomu na pásce) – po cestě žádná kvantizace ani psychoakustická komprese nebude. 16-bitovou kvantizaci KiwiSDR trapně zamlčím, škoda že KiwiSDR neumí více bitů. FM přijímač nahrávaný na 24-bitové zvukovce tím naštěstí netrpí (doufám že není ve smartphonu FM rádio implementováno digitálně).

Zda je AM preemfáze 75 μs v Thajsku povinná nevím, podle poslechu tipuju, že je přítomna, tak jsem příkazem SoX provedl deemfázi (2122 Hz=1/(2π*75μs)):

sox vstupni.wav vystupni.wav lowpass -1 2122

Do C jsem analogově nahrál Sabai Sabai z roku 1987 na KiwiSDR v Cha-Am, Thajsku na 675 kHz pravděpodobně 126 km přes hladinu moře z 5kW vysílače v Bangkoku. SDR v Cha-Am má trvalé prskavé rušení, slyšitelné v pozadí.

Thajská modlitba není v thajštině, ale v páli, jazyku původem z Indie, stejně jako v Kambodži. páli, příp. sanskrt, je pro tyto země totéž co latina pro Česko.

Kdybyste se divili, co má Čeština společného s Indií, když se říká, že je indoevropský jazyk, myslím, že tato tabulka hovoří sama za sebe:

Pořad o domácích thajských receptech v angličtině byl vysílán svazkem na Evropu z Ban Dungu u Udon Thani v Thajsku na 9,920 MHz mezi 19:00Z a 20:00Z a odrazy mezi zemí a ionosférou oběhly 80 stupňů zemského povrchu. Překvapilo mě, v jak dobré kvalitě jsem ho chytil v Nizozemí na vzdálenost 8 895 km, ač vysílač vysílá pouze na 50 % výkonu, 250 kW místo 500 kW.

Softwarově definované rádio (SDR) v Cha-Am

Autor: Karel Kulhavý

Cha-Am, Phetchaburi, Thajsko

Autor: public domain

Cha-Am

Autor: แอนเดอร์สัน, CC-by-sa 4.0

Cha-Am

Autor: public domain

Krátkovlnný 250 kW (max. 500 kW) vysílač Ban Dung, Udon Thani, Thajsko, dlouhý 1,8 km, který jsem v dobré kvalitě nahrál v Nizozemí na vzdálenost 8 895 km. Anténa je typu curtain array.

Autor: public domain

Detail vysílače Ban Dung, modré značky zleva doprava: 1. anténní pole směrem na Evropu, 2. vysokofrekvenční napájecí vedení k jednotlivým anténám, 3. budova vysílače

Autor: USGS Earth Explorer

Celý areál vysílače Ban Dung

Autor: USGS Earth Explorer

Nedaleko vysílače Ban Dung jsem byl v džunglově ostrovním klášteře Kham Chanot s jezerem, mostem, domečky pro duchy, tajemnou studánkou a gongem, co se dá rozeznít třením rukou.

 _______________________________________________________
(+)  _______________________________________________  (+)
|   / Thongchai McIntyre: Sabai Sabai (GMM Grammy)  \   |
|  | Cha-Am SDR 28.4.2023 09:13:10Z 675 kHz          |  |
|  | https://www.youtube.com/watch?v=03xOU4xyYMo     |  |
|  | 30 s ukázka                                     |  |
|  |        _________________________________        |  |
|  |       /            _________            \       |  |
|  |      |  A " A     |         |     A " A  |      |  |
|  |      | (     )    |   | |   |    (     ) |      |  |
|  |      |  v , v     |_________|     v , v  |      |  |
|  | 75 μs \_________________________________/       |  |
|  |                                                 |  |
|  | VIRTUAL ANALOG CASSETTE        BY KAREL KULHAVÝ |  |
|  |_________________________________________________|  |
|            /             (+)             \            |
|           /        _             _        \           |
|          /   _    (_)           (_)    _   \          |
(+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

 _______________________________________________________
(+)  _______________________________________________  (+)
|   / Thajská modlitba v jazyce Páli, Cha-Am SDR    \   |
|  | 28.4.2023 9:18:27Z 819 kHz                      |  |
|  | 30 s ukázka                                     |  |
|  |                                                 |  |
|  |        _________________________________        |  |
|  |       /            _________            \       |  |
|  |      |  A " A     |         |     A " A  |      |  |
|  |      | (     )    |   | |   |    (     ) |      |  |
|  |      |  v , v     |_________|     v , v  |      |  |
|  | 75 μs \_________________________________/       |  |
|  |                                                 |  |
|  | VIRTUAL ANALOG CASSETTE        BY KAREL KULHAVÝ |  |
|  |_________________________________________________|  |
|            /             (+)             \            |
|           /        _             _        \           |
|          /   _    (_)           (_)    _   \          |
(+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

 _______________________________________________________
(+)  _______________________________________________  (+)
|   / Radio Thailand World Service 9,920 MHz        \   |
|  | 27.4.2023 19:03:42Z chyceno v Nizozemí UTwente  |  |
|  | WebSDR z 250 kW Ban Dung, Udon Thani, Thajsko   |  |
|  | Anglicky recepty thajská jídla      30 s ukázka |  |
|  |        _________________________________        |  |
|  |       /            _________            \       |  |
|  |      |  A " A     |         |     A " A  |      |  |
|  |      | (     )    |   | |   |    (     ) |      |  |
|  |      |  v , v     |_________|     v , v  |      |  |
|  | 75 μs \_________________________________/       |  |
|  |                                                 |  |
|  | VIRTUAL ANALOG CASSETTE        BY KAREL KULHAVÝ |  |
|  |_________________________________________________|  |
|            /             (+)             \            |
|           /        _             _        \           |
|          /   _    (_)           (_)    _   \          |
(+)_______/___(_)_______________________(_)___\_______(+)

Kompilační příkaz:

bzip2 -dc sabai_92.c.bz2 | cc -O3 -x c - -lm -o recording && ./recording 0 | mpv -

Příště budeme pokračovat v dekódování, až se nám analogový signál podaří dostat úplně ven.