Цифровой программный кроссовер II

[emaster]

Коллеги!
Завожу отдельную ветку для обсуждения новой версии моего программного кроссовера - dePhonica version3.
Эта версия кроссовера полностью отличается от первой версии, которая обсуждалась здесь как с точки зрения кода (который переписан на 99%) так и с точки зрения функционала.
Разработка версии началась весной 2015 года и в настоящее время (начало 2016) находится в активной стадии.

Скачать preview версию можно по адресу: http://dephonica.com/?lang=ru
Текущая сборка на сайте от 21.03.2016.

Внимание!
Для корректной установки WDM драйвера на windows 7 с отключенными обновлениями, необходимо установить апдейт KB3033929, добавляющий поддержку цифровых подписей SHA-2.

Ссылка для x86 обновления: http://download.microsoft.com/downlo...033929-x86.msu
Ссылка для x64 обновления: http://download.microsoft.com/downlo...033929-x64.msu
Статья по обновлению windows: https://support.gamenet.ru/kb/articles/789-windows


Ограничения preview версии:
- максимум 6 каналов обработки
- требует перезапуска ядра каждые 30 минут

Основные возможности кроссовера:

- собственный WDM драйвер для ввода потока из стандартных аудио и видео плееров, браузеров, навигаторов и других программ.
- собственный ASIO драйвер для ввода потока из аудио плееров поддерживающих ASIO
- низкая задержка: около 50 мсек при использовании IIR фильтров и выводе на ASIO устройство
- поддержка ввода звука в форматах 16 bit integer, 24 bit integer, 32 bit floating point
- 2 входных канала и до 8 выходных
- вывод звука на устройства DirectSound, ASIO, Kernel Streaming
- вся обработка производится в 64 bit floating point
- фильтрация производится FIR фильтрами, IIR фильтрами или IIR фильтрами с автоматическим корректирующим фазовым FIR фильтром
- есть возможность создания фазового фильтра для коррекции ФЧХ внешнего IIR фильтра
- доступны два конволвера для FIR фильтров: FFT конволвер с алгоритмом Overlap-Add и линейный (Straight FIR), без использования FFT
- любой из FIR конволверов может использоваться совместно с одним или более IIR фильтром в каждом канале
- до 128 000 taps на канал при использовании FFT FIR
- доступны формы АЧХ семейств фильтров IIR: Linkwitz-Riley, Butterworth, Chebyshev
- доступен параметрический синтез АЧХ и ФЧХ для типов фильтров Low Pass, High Pass, Band Pass, Band Stop, Low Shelf, High Shelf
- два варианта параметрического задания фильтров Band Pass и Band Stop: нижней и верхней частотой среза или центральной частотой и полосой пропускания
- амплитудный и фазовый эквалайзер для произвольного изменения АЧХ или ФЧХ в канале обработки, с возможностью загрузки АЧХ или ФЧХ из текстового файла или из импульсного отклика в формате WAV
- любое сочетание FIR и IIR фильтров в канале обработки
- полноценный канал предварительной обработки исходного сигнала с отдельным набором фильтров
- возможность автоматической нормализации к 0 дБ АЧХ индивидуальных каналов или группы каналов
- регулировка усиления на входе и на выходе канала
- настраиваемая задержка в каждом канале с отключаемым sub-sample разрешением
- встроенный анализатор фактической частотной характеристики кроссовера с отображением общей АЧХ кроссовера, графиков АЧХ/ФЧХ/ГВЗ для каждого канала и возможностью суммирования АЧХ выбранных каналов в отдельном окне

Пример установки и настройки полной версии кроссовера (уже местами не соответствует действительности и будет перезаписан): http://www.youtube.com/watch?v=CF_YNp0IijE

============
Пополняемый FAQ:

Скрытый текст

Q: Для чего можно использовать кроссовер?
A: Прямое назначение кроссовера – разделить исходный сигнал на несколько сигналов, каждый из которых будет воспроизводиться отдельным динамиком. Для такого использования необходима многоканальная звуковая карта (или ЦАП), многоканальный усилитель (или несколько обычных – стерео или моноблоков) и многополосная акустика, каждый динамик в которой подключен к отдельному каналу усилителя отдельным кабелем. Самый простой и часто встречающийся пример такой акустики – система 2.1 с двумя фронтальными колонками и одним сабвуфером.
A: Кроссовер можно использовать для того, чтобы вывести один и тот-же сигнал (с обработкой или нет) на несколько выходов многоканальной звуковой карты. Например, первые 2 канала – звук для колонок, следующие 2 канала – звук для наушников. На колонки одни настройки эквалайзера (внутри кроссовера), на наушники – другие.
A: Также кроссовер можно использовать даже с обычными наушниками – как точный и продвинутый эквалайзер.

Q: Какое оборудование требуется для использования кроссовера?
A: Кроссовер может использоваться для различных целей практически с любым оборудованием. Минимальные требования – компьютер с Windows 7/8/10 и любая звуковая карта.


Q: Как перенаправить в кроссовер звук из программы или плеера, не поддерживающей вывод звука на ASIO устройства?
Q: Как вывести в кроссовер звук из видео плеера?
A: Выберите в плеере вывод на аудио устройство *dePhonica Virtual Audio Device*.

Q: Какие настройки требуются в видео плеере для работы через кроссовер?
A: При использовании в кроссовере IIR фильтров, никакой дополнительной настройки плеера не требуется. При использовании FIR фильтров (или IIR с линеаризацией), в плеере необходимо установить смещение звуковой дорожки в зависимости от порядка FIR фильтра. Например, для FIR фильтра с 8000 taps это около 250 мсек.


Q: Как ввести в кроссовер звук из внешнего источника (виниловый проигрыватель, кассетный магнитофон, пульт и т.д.)?
A: На данный момент можно использовать программу VoiceMeeter от VB-Audio - она поддерживает ввод с внешних источников. Скачать программу можно по ссылке: <a style="color: #505050; font-weight: bold;" href="http://vb-audio.pagesperso-orange.fr/Voicemeeter/">http://vb-audio.pagesperso-orange.fr/Voicemeeter/</a>
В будущем появится непосредственная поддержка ввода сигнала с входов звуковой карты в кроссовер.

[свернуть]

============

Список изменений:

Скрытый текст

30.03.2016

- Более устойчивый алгоритм проверки активации
- Исправлены bypass каналы без фильтров
- Исправлена инициализация таймера в WDM драйвере
- Исправлен номер версии в окне "О кроссовере dePhonica version3"
- Исправлен вывод сообщения "Устройство вывода не выбрано" при первой установке кроссовера


20.03.2016

- Переходные процессы в модуле вывода теперь обрабатывает машина состояний. Фейдинги стали четче, мягче и предсказуемее.
- Появился приоритет ввода с ASIO Sink драйвера - WDM замолкает, когда приходит поток с ASIO.
- Расстояние при редактировании задержки выводится в метрах / сантиметрах / миллиметрах

17.03.2016

- Появился WDM драйвер виртуального аудио устройства для ввода в кроссовер - можно перенаправить в кроссовер весь системный звук
- Уменьшилась latency - для IIR фильтров составляет ~50 мс
- По умолчанию фильтры создаются как IIR. При добавлении в тракт FIR фильтра выводится отключаемое предупреждение о дополнительной задержке в тракте.
- Диалог сообщений в конфигураторе стал отображаться поверх всех окон
- Появилась возможность инвертирования кривой в эквалайзере
- Появилась возможность смещения кривой в эквалайзере

09.03.2016

- Уменьшилась latency до ~500 мсек
- Добавились IIR фильтры Bessel и Legendre
- Тысячные доли миллисекунды меняются при изменении расстояния в компоненте Delay
- Исправлена ошибка с несохранением в пресете канала предварительной обработки при загрузке конфигурации из файла
- Исправлена каша из надписей на шкале Gain на графиках анализатора
- Добавил легенду к графикам в анализаторе
- Улучшена отправка логов - теперь отправляются независимо от IP адреса пользователя
- При перетаскивании канала с удерживаемым Shift (или Ctrl+Shift) копируются только фильтры - задержки и Gain не изменяются

[свернуть]

[dee-jan]

Насколько мощная карта понадобилась бы для фильтров с большим количеством tap-ов?

Да любой дешевой хватит. По словам разработчика, GT640 выдает 50млн тапов. Если фильтровать PCM, то это очень избыточно.
Мне хватает 50000 тапов на все каналы.

[l3VGV]

50млн. однакож, таким образом, по стути, можно приспособить древний нотебук под это всё.

[dee-jan]

Ну если там Cuda поддержка есть, то наверно можно. Хотя даже дохлый Atom Z8300 влегкую тянет 50000+ тапов на FFT.

[Meta|_]

Если уж делать на видеокарте, то в time domain. Только хай-енд, только хардкор!

[sia_2]

Вот нафига при программной реализации, где усложнение алгоритма некритично, делать длинные свертки "в лоб", в time-domain, когда полно несравненно более эффективных (и, что существенно, более точных в вычислительном отношении) "быстрых" алгоритмов?! Что, FFT/FHT отменили?
Кстати, быстрый алгоритм совершенно необязательно требует длину блока, кратную степени двойки.

[E.Sokol]

Вот нафига при программной реализации, где усложнение алгоритма некритично, делать длинные свертки "в лоб", в time-domain, когда полно несравненно более эффективных (и, что существенно, более точных в вычислительном отношении) "быстрых" алгоритмов?! Что, FFT/FHT отменили?

Людям свойственно не доверять тому, что они не понимают

Кстати, быстрый алгоритм совершенно необязательно требует длину блока, кратную степени двойки.

Да, но для свёртки это не имеет никакого значения. И децимация по степени 2 всё равно быстрее всех остальных.

[Игорь Гапонов]

Людям свойственно не доверять тому, что они не понимают

Т.е. форму "окна" применяют люди, знающие наперёд об ошибке усечения (для фир)/округления (для иир) любой последовательности? Особенно интересен вопрос о слуховой заметности такого усечения/округления.

об аппаратном пределе количества тапов для произвольной фир-реализации. Допустим, DSP выдаёт N стандартных операций в секунду (умножение o-разрядного семпла на p-разрядную константу и сложение в q-разрядном накапливающем сумматоре, забыл термин, извиняйте). Скорость поступления o-разрядных семплов/сек в DSP (битрейт) задана v. Отсюда, аппаратный предел X=Т/v. Например, для DSP с N=3*(10^9) 32-битных семплов, констант и сумматоров (очень такой нехилый DSP) и битрейта 32*48k/s X=62500 тапов.

[E.Sokol]

Т.е. форму "окна" применяют люди, знающие наперёд об ошибке усечения (для фир)/округления (для иир) любой последовательности? Особенно интересен вопрос о слуховой заметности такого усечения/округления.

Я же уже делал подробное исследование этого вопроса. Для слуховой заметности нужно сначала обзавестись ЦАПом > 40 бит и звуковоспроизводящей техникой с чувствительностью > 230 дБ (и это для FIR в 131К семплов).

[Игорь Гапонов]

Я же уже делал подробное исследование этого вопроса. Для слуховой заметности нужно сначала обзавестись ЦАПом > 40 бит и звуковоспроизводящей техникой с чувствительностью > 230 дБ (и это для FIR в 131К семплов).

Я могу представить последовательность ограниченных по амплитуде и количеству (вычисляется по заданному выбросу) семплов с выбросом превышающим любое напред заданное число. Отсюда следует, что для любой последовательности заданной длины ограниченных семплов o-разрядности существует предельная длина усечения для погрешности в 1/2 МЗР. Она уже для 16-бит и минуты (не, по-моему секунд десять, уже подзабыл) записи на 44,1K превышает длину самой записи (т.е. считается, что вне этого минутного интервала в исходнике все семплы равны нулю). Это математическая сторона.

С другой стороны, физиологической, ухо - не эрэмэс и не пиковый осциллограф/вольтметр, а неизвестно какой вольтметр/осциллограф.

[sia_2]

Людям свойственно не доверять тому, что они не понимают

Ну это, по сути, элементарная линейная алгебра, первый курс любого естественнонаучного факультета нормального вуза.

[E.Sokol]

Ну это, по сути, элементарная линейная алгебра, первый курс любого естественнонаучного факультета нормального вуза.

Ну не такая уж и элементарная. По мне, так ЦОС - довольно сложная дисциплина, особенно для тех, кто с математикой не дружит (я например, два раза поступал в институт и два раза не поступил именно из-за проблем с математикой). Материалов по ЦОС много, но лёгкого для понимания - нет, все пересказывают одно и то же слегка разными словами. Не знаю, как в профильных институтах, но в интернете есть куча популярных статей, где дискретное преобразование Фурье рассматривается в терминах непрерывного - что очевидно неправильно и вносит дополнительную путаницу.

[sia_2]

На самом деле суть "быстрых" преобразований очень проста. "Лобовая" реализация дискретных преобразований (DFT, DCT, DHT) - не что иное, как умножение вектора на матрицу. Это много действий Но матрица преобразования при непростом ее размере имеет специальный вид, а именно, представляет собой произведение матриц меньшего размера. В силу коммутативности умножения, умножение вектора на произведение матриц можно заменить последовательностью умножений вектора на каждую из подматриц. Что гораздо экономнее (и точнее в плане накопления ошибок округления). Вот, собственно, и вся премудрость.

[E.Sokol]

Есть ещё алгоритм Блюстейна для ДПФ произвольного размера, где вычисление ДПФ приводится к свёртке двух сигналов, а вот уже сама свёртка выполняется через БПФ.

[sia_2]

Ну собственно ДПФ и есть набор свёрток. Что же касается свертки с чирпом (ЛЧМ, ГЧМ и т.п.) - это еще "докомпьютерный" метод параллельного частотного анализа, из эпохи дисперсионных линий и аналоговых корреляторов.

[Meta|_]

Вот нафига при программной реализации, где усложнение алгоритма некритично, делать длинные свертки "в лоб", в time-domain,

Я же специально смайлик поставил ;)
Но вообще я не очень понимаю, зачем считать на видеокарте - именно потому, что с FFT возможностей центрального процессора более чем достаточно.

[E.Sokol]

И децимация по степени 2 всё равно быстрее всех остальных.

Уточнение: хотел сказать не по степени 2, а по степеням 2 - 2,4,8. Часто используют гибридные схемы, где Radix 2 используется при необходимости привести размер массива к степени 4, а Radix 8 - непосредственно для массива из 8 элементов.

[sia_2]

Offтопик:
По степеням двойки число операций действительно очень близко к минимальному, но вот по скорости фактического выполнения, особенно для больших массивов - не всегда, в основном из-за того, что доступ к памяти с "двоичным" шагом часто неэффективен, плюс ограничение на пропускную способность памяти обычно наступает раньше, чем по собственно вычислительной обработке.

[RINDIG]

можно соединять разные устройства вывода звука в многоканальный вывод ? например встроенный звук на ноутбуке + юсб цап ?

[Карта]

Обещано в новой версии.
Но сложно.
Посему...

[SilentS]

RINDIG, для совместного воспроизведения с разных устройств обязательна синхронизация. Без синхронизации получится задержка +/-50мс в любую сторону.