Audiotools

Sound, was ist das?

• periodische Luftdruckschwankungen empfinden wir als Ton
• Tonhöhe --> Frequenz
• Lautstärke --> Amplitude
• Hörbereich des menschlichen Ohres: zwischen 20Hz und 20kHz
• menschliche Sprache: 0,3 bis 3.4kHz

Digitalisierung

• einfachste Methode: Pulse Code Modulation (PCM)
  • Abtastung (sampling) -> Quantisierung (quantization) -> Kodierung (code-word-generation)
  • Abtastwerte werden unabhängig von anderen Abtastweren behandelt
  • Abtastfrequenz => 2 * max. zu digitalisierende Frequenz (Nyquist-Shannon-Abtasttheorem)

Audio-Hardware

• Soundkarte(n) enthalten A/D-Wandler
• Geräteunterstützung durch Linux Sound System

Linux Sound Systeme

Treiberstack mit Gerätetreibern für Audiohardware:

• OSS (freie und proprietär Entwicklung)
• ALSA (ab Linuxkernel 2.6)

Soundkarte konfigurieren (RedHat-ähnliche Distributionen):

$ /usr/bin/system-config-soundcard

$ cat /etc/modprobe.conf
alias snd-card-0 snd-emu10k1
options snd-card-0 index=0
install snd-emu10k1 /sbin/modprobe --ignore-install snd-emu10k1 && /usr/sbin/alsactl restore >/dev/null 2>&1 || :
remove snd-emu10k1 { /usr/sbin/alsactl store >/dev/null 2>&1 || : ; }; /sbin/modprobe -r --ignore-remove snd-emu10k1

• ALSA enthält Module und Bibliotheken um OSS zu emulieren

Infos/Troubleshooting:

$ cat /proc/asound/cards
0 [Audigy         ]: Audigy - Sound Blaster Audigy
                     Sound Blaster Audigy (rev.3, serial:0x531102) at 0x9000, irq 11

Audiodevices (ALSA)

Gerätetreiber stellen Schnittstelle für Anwendungen bereit:

• als Devicefiles unter /dev/snd/
• typ. Aufbau: pcmCxDy
  • x bezeichnet Soundkarte Nr.
  • y bezeichnet Gerätenummer

OSS-Devices:

• /dev/dsp, /dev/audio, /dev/midi

Audioformate (Auswahl)

Wiedergabe

xmms

• Multimedia-Player (vorrangig Audio)
• Funktionalität (fast) vollständig durch Plugins
  • Eingabe-Plugins -> unterstütze Audioformate
  • Ausgabe-Plugins -> unterstützte Soundsysteme, CD-Writer, usw.
  • Plugins für Effekte, Fernsteuerung, Visualisierung

mplayer / gmplayer

• Multimedia-Player
• interessant für Medienanalyse:

$ mplayer -identify <infile>
...
ID_AUDIO_ID=0
Audio file file format detected.
ID_FILENAME=<infile>
ID_DEMUXER=audio
ID_AUDIO_FORMAT=85
ID_AUDIO_BITRATE=128000
ID_AUDIO_RATE=44100
ID_AUDIO_NCH=0
ID_LENGTH=286.00

• Codec-Auswahl erfolgt automatisch
• Codec für Wiedergabe manuell setzen mit der Option -ac <codec>
• verfügbare Codecs anzeigen:

$ mplayer -ac help

• Wahl des Ausgabetreibers erfolgt automatisch (probieren)
• Festlegen des Ausgabetreibers mit der Option -ao <driver>
• verfügbare Ausgabetreiber anzeigen:

$ mplayer -ao help

play, soxplay

• Shellscript
• Soundkonvertierung und Ausgabe mittels sox

$ sox <infile> -t ossdsp /dev/dsp

TiMidity?++

• Software-Synthesizer (MIDI-to-WAV Konverter)
  • alternativ Ausgabe als wav, ogg -Format
• Anzeige von Songtexten (wenn vorhanden)

$ timidity -Os <infile.mid>

Mixer

• Einstellen von Lautstärke, Balance, Klang und Stummschalten der verfügbaren Audiokanäle
• Auswahl Eingangs- bzw. Aufnahmekanal
• zusätzlich Schalter für Soundkartenfeatures:
  • 3D-Effekte, Digitalausgang, Mic Boost, ...

• integrierte Anwendungen in Desktopoberflächen (kmix, gnome-volume-control)
• text- / kommandozeilenbasierte Mixer: alsamixer, amixer
• Sichern, Wiederherstellen von Soundkarteneinstellunge: alsactl

Formatkonvertierung

Samplingrate, Auflösung, ...

• klassiche Anwendung SoX (Sound eXchange)
• Detaillierte Ausgabe der Verarbeitungsschritte mit der Option -V

$ file <infile.wav>
infile.wav: RIFF (little-endian) data, WAVE audio, Microsoft PCM, 16 bit, stereo 44100 Hz
$ sox <infile.wav>  -r 8000 -b -c 1 <outfile_8000kHz_8bit_1channel.wav>
$ file <outfile_8000kHz_8bit_1channel.wav>
outfile_8000kHz_8bit_1channel.wav: RIFF (little-endian) data, WAVE audio, Microsoft PCM, 8 bit, mono 8000 Hz

Soundeffekte mit SoX?

• diverse Filter, Echo, Hall
• Rückwärts
• Fade
• ...

verlustbehaftete Audioformate

• deutliche Reduzierung des Speicherplatzbedarfes / Übertragungsbandbreite bei geringem Qualitätstverlust
• MP3, OGG

$ lame --preset medium <infile.wav> <outfile.mp3>

• Variable vs. Konstante Bitraten
  • Variable Bitraten (VBR) passen die Kodierung an die jeweiligen Anforderung des Inhalts an. -> konstante Qualität
  • Konstante Bitraten -> variable Qualität

$ oggenc -q 4 <infile.wav> <outfile.ogg>

weitere Werkzeuge

• faac (AAC / MPEG4)
• ffmpeg
• mencoder

ID3-Tags

Metadaten wie Titel, Interpret, Album, usw. in Audiofiles (mp3, ogg).

• Anzeige wird von vielen Hardware- und Softwareplayer unterstützt
• Werkzeuge zum editieren: id3tag, xmms

$ id3info Kim_Norlen-Both_Hands.mp3

=== TPE1 (Lead performer(s)/Soloist(s)): Kim Norlen
=== TIT2 (Title/songname/content description): Both Hands
=== TYER (Year): 1998
=== TALB (Album/Movie/Show title): &&
=== TCON (Content type): Folk
=== COMM (Comments): ()[]: http://www.epitonic.com
=== TRCK (Track number/Position in set): 2
=== TDRC ():  frame
=== COMM (Comments): (ID3v1 Comment)[XXX]: http://www.epitonic.com
*** mp3 info
MPEG1/layer III
Bitrate: 128KBps
Frequency: 44KHz

Digitale Audioextraktion

• Wiedergabe von CD-Audio in Systemen ohne analoge Verbindung zwischen CD-Laufwerk und Soundkarte.
• Encodieren von CD-Audio für die Nutzung auf MP3-Playern
• Problem: Sektoren einer CD-Audio nicht direkt adressierbar
  • Werkzeuge zur digitalen Extraktion: cdparanoia

$ cdparanoia "1[:30.12]-1[1:10]" <outfile.wav>

• xmms als CD-Audio-Player mit digitaler Extraktion
• grip
  • digitaler Audioextraktion
  • Anbindung an CDDB
  • Encoder: mp3, ogg
• cdrdao CD-R[W] disk-at-once Werkzeug

Soundserver

• erlauben konkurrierenden Zugriff auf Audiohardware
• Client/Server-Implementation für netzwerktransparente Verteilung
• zusätzlich Funktionen wie Synthesizer, Wellen- und Effektgeneratoren

• esd (Gnome)
• arts (KDE)
• JACK

Audio-Editoren

• unüberschaubare Anzahl von Werkzeugen zur Audiobearbeitung

• freier Mehrspur-Audio-Editor für verschiedene Systemplattformen
• Features:
  • live Aufnahme, Digitalisieren von LP Und MC
  • Import- / Exportformate: wav, aiff, ogg, mp3 (über optionalen MP3-Encoder)
  • Editorfunktionen wie Copy & Paste, unbegrenztes Rückgängig machen
  • Effekte, Plugins

Streaming Audio

Anwendungsgebiete bei Radiostationen

• Live Audiostream oder konservierte Aufzeichnungen
• oft verschiedene Streamingvarianten (Protokolle) parallel

HTTP, MP3-Stream

• Übertragung per HTTP-Protokoll
• URL wird meist in einer Playlist *.m3u hinterlegt

$ curl -o <myaudiofile> http://media.server/path/to/media

RTSP

• Wiedergabe per Realplayer / Helixplayer
• RTSP-URL über *.rm -Datei übergeben
• Aufzeichnung z.B. mittels mplayer

$ mplayer -dumpstream -dumpfile <myaudiofile> rtsp://media.server/path/to/media