Ingenier´ıa Técnica en Informática de Sistemas
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1. Definiciones Timbre Cualidad de un sonido que permite distinguir la misma nota producida por dos instrumentos musicales u or genes diferentes 18 2 Desarrollo del calendario El proyecto no se ha desarrollado siguiendo un calendario estricto dado que era imposible cuantificar el tiempo que tomar a el adquirir las bases te ricas necesarias para poder afrontarlo con garant as Su desarrollo se ha compaginado con los estudios del ltimo curso de Ingenier a T cnica en Inform tica de Sistemas y las labores como becario en la Oficina de Software Libre y Conocimiento Abierto de la Universidad de C diz 2 2 1 Iteraciones Para la realizaci n del proyecto se ha utilizado un modelo de desarrollo iterativo in cremental A continuaci n se detallan cada una e las etapas por las que ha ido pasando el proyecto 2 1 1 Primera iteraci n conocimientos preliminares Antes de poder comenzar con el an lisis y dise o del propio proyecto era esen cial adquirir una serie de conocimientos para poder afrontar su desarrollo con todas las garant as Durante esta iteraci n se llevaron a cabo labores de documentaci n y aprendizaje autodidacta con las que se asentaron los conocimientos necesarios Adem s durante este periodo tambi n se barajaron las diferentes posibilidades de implementaci n del sistema as como las posibles herramientas y bibliotecas de ter ceros que pudieran ser de ayuda 2 1 2 Segunda iteraci n analizador b2. along with each Opaque copy or state in or with each Opaque copy a computer network location from which the general network using public has access to download using public standard network protocols a complete Transparent copy of the Document free of added ma terial If you use the latter option you must take reasonably prudent steps when you begin distribution of Opaque copies in quantity to ensure that this Transparent copy will remain thus accessible at the stated location until at least one year after the last time you distribute an Opaque copy directly or through your agents or retailers of that edition to the public It is requested but not required that you contact the authors of the Document well before redistributing any large number of copies to give them a chance to provide you with an updated version of the Document 4 MODIFICATIONS You may copy and distribute a Modified Version of the Document under the condi tions of sections 2 and 3 above provided that you release the Modified Version under precisely this License with the Modified Version filling the role of the Document thus licensing distribution and modification of the Modified Version to whoever possesses a copy of it In addition you must do these things in the Modified Version A Use in the Title Page and on the covers if any a title distinct from that of the Document and from those of previous versions which should if there were any be listed in the
3. each of the documents in all other respects 44 You may extract a single document from such a collection and distribute it individ ually under this License provided you insert a copy of this License into the extracted document and follow this License in all other respects regarding verbatim copying of that document 7 AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS A compilation of the Document or its derivatives with other separate and indepen dent documents or works in or on a volume of a storage or distribution medium is called an aggregate if the copyright resulting from the compilation is not used to limit the legal rights of the compilation s users beyond what the individual works per mit When the Document is included in an aggregate this License does not apply to the other works in the aggregate which are not themselves derivative works of the Document If the Cover Text requirement of section 3 is applicable to these copies of the Doc ument then if the Document is less than one half of the entire aggregate the Doc ument s Cover Texts may be placed on covers that bracket the Document within the aggregate or the electronic equivalent of covers if the Document is in electronic form Otherwise they must appear on printed covers that bracket the whole aggregate 8 TRANSLATION Translation is considered a kind of modification so you may distribute translations of the Document under the terms of section 4 Replacing Invarian
4. forma espectral en la que el eje vertical indica la frecuencia y la intensidad del color indica la intensidad de esa componente frecuencial en el sonido Herramientas de descomposici n de se ales La herramienta fundamental a la hora de descomponer una se al peri dica como puede ser un sonido en sus parciales o arm nicos es el an lisis arm nico o an lisis de Fourier Esta rama del an lisis matem tico estudia la representaci n de funciones o 23 3 Iteraci n 1 investigaci n preeliminar Figura 3 3 Forma de ondas vs representaci n espectral se ales como superposici n de ondas b sicas y hoy en d a se aplica en innumerables campos de la ciencia desde el procesamiento de se ales para el reconocimiento de patrones como es nuestro caso a la neurociencia Una de las herramientas m s conocidas de este rea es la transformada de Fourier Se trata de una aplicaci n matem tica que descompone una funci n en su espectro de frecuencias a lo largo del dominio Al aplicarla sobre una funci n f se define de la siguiente manera 1 a iET f x e de De cualquier modo al estar tratando con un sistema digital como es una computado ra no es viable aplicar esta definici n de la transformada de Fourier ya que se basa en funciones continuas y derivables y en nuestro caso dispondremos de datos discretos De ah aparece la transformada discreta de Fourier o DFT que tiene el mismo uso que la transformada tradicion
5. unidad de tiempo Por regla general se utiliza el hercio como unidad de medida de frecuencia que indica la cantidad de repeticiones por segundo La frecuencia determinar la altura del sonido es decir c mo de grave o agudo es Los sonidos graves tienen una frecuencia baja mientras que los sonidos agudos tienen una frecuencia alta A lo largo de los a os se ha establecido un est ndar de referencia que establece que la nota la que se encuentra encima del do central del piano debe sonar a 440 hercios de frecuencia Esta medida se utiliza a la hora de afinar los instrumentos de modo que si al tocar la nota la se detecta un tono con una frecuencia de 440 hercios entonces el instrumento estar bien afinado 21 3 Iteraci n 1 investigaci n preeliminar El espectro audible por las personas lo conforman las audiofrecuencias esto es el conjunto de frecuencias que pueden ser percibidas por el o do humano 20Hz 20kHz Infrasonido Audible Ultrasonido Figura 3 1 Rango de frecuencias de sonido Un oido sano y joven es capaz de detectar sonidos a partir de los 20 hercios Los sonidos por debajo de esa frecuencia se conocen como infrasonidos Por otro lado el limite auditivo en frecuencias altas varia mucho con la edad un adolescente puede oir sonidos con frecuencias hasta los 18kHz mientras que un adulto de edad media solo suele llegar a captar sonidos de hasta 13kHz El limite gen rico superior se establece en 20kHz por encima de
6. 2 os ads St EO Ble See Bo ad hee le 5 COMBINING DOCUMENTS 6 COLLECTIONS OF DOCUMENTS 7 AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS 8 TRANSLATION 500 ene 2 da oie A ta A A a la 9 TERMINATION va a gt 2a ee Rn rn 10 FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE Bibliografia 10 31 33 35 Indice de figuras 3 1 Rango de frecuencias de sonido 3 2 Componentes de una se al senoidal b sica 3 3 Forma de ondas vs representaci n espectral 11 Indice de cuadros 1 Introduccion 1 1 Contexto y motivaci n Las nuevas tecnolog as van filtr ndose gradualmente en los centros educativos y las t cnicas de ense anza se est n adaptando a las opciones que ofrecen El reparto de ordenadores port tiles a los alumnos andaluces de 5 y 6 de primaria dentro del marco de la Escuela TIC 2 0 es buena muestra de ello Por otro lado las nuevas generaciones est n en plena simbiosis con las tecnolog as de la informaci n cada vez m s acostumbradas al empleo de dispositivos electr nicos y su uso ya les es pr cticamente instintivo Por tanto es beneficioso buscar nuevos m todos educativos que hagan uso de las nuevas tecnolog as En la b squeda de materias educativas en las que aplicar el uso de las nuevas tec nolog as la m sica parte fundamental del programa curricular en la educaci n pri maria ofrece una gran variedad de aspectos que p
7. History section of the Document You may use the same title as a previous version if the original publisher of that version gives permission B List on the Title Page as authors one or more persons or entities responsible for authorship of the modifications in the Modified Version together with at least five of the principal authors of the Document all of its principal authors if it has fewer than five unless they release you from this requirement C State on the Title page the name of the publisher of the Modified Version as the publisher D Preserve all the copyright notices of the Document 42 N O Add an appropriate copyright notice for your modifications adjacent to the other copyright notices Include immediately after the copyright notices a license notice giving the pub lic permission to use the Modified Version under the terms of this License in the form shown in the Addendum below Preserve in that license notice the full lists of Invariant Sections and required Cover Texts given in the Document s license notice Include an unaltered copy of this License Preserve the section Entitled History Preserve its Title and add to it an item stating at least the title year new authors and publisher of the Modified Version as given on the Title Page If there is no section Entitled History in the Docu ment create one stating the title year authors and publisher of the Docum
8. WY UCA Universidad de Cadiz ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Ingenieria T cnica en Informatica de Sistemas oFlute Curso 2009 2010 Jos Tomas Tocino Garcia Cadiz 10 de junio de 2011 WY UCA Universidad de Cadiz ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Ingenieria T cnica en Informatica de Sistemas oFlute DEPARTAMENTO Lenguajes y Sistemas Informaticos DIRECTOR DEL PROYECTO Manuel Palomo Duarte AUTOR DEL PROYECTO Jos Tomas Tocino Garcia Cadiz 10 de junio de 2011 Fdo Jos Tomas Tocino Garcia Este documento se halla bajo la licencia FDL Free Documentation License Seg n estipula la licencia se muestra aqui el aviso de copyright Se ha usado la version inglesa de la licencia al ser la nica reconocida oficialmente por la FSF Free Software Foundation Copyright 2010 Jos Tomas Tocino Garcia Permission is granted to copy distribute and or modify this document un der the terms of the GNU Free Documentation License Version 1 2 or any later version published by the Free Software Foundation with no Invari ant Sections no Front Cover Texts and no Back Cover Texts A copy of the license is included in the section entitled GNU Free Documentation License Agradecimientos A Julian Raschke por crear y mantener Gosu Indice general indice general indice de figuras indice de cuadros 1 Introduccion 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 Contexto y motivaci n Objetivos ns c
9. a actualidad UltraStar se encuentra con licencia freeware utilizando como excusa inv lida que as se protegen los datos privados de los usuarios al ser envia dos al servidor mediante SSL Realmente no existe raz n para no utilizar software de c digo abierto con SSL UltraStar Deluxe UltraStar Deluxe naci como una modificaci n b sica de UltraStar pero consigui atraer la atenci n de muchos usuarios y desarrolladores y finalmente se constituy como un producto independiente Los desarrolladores de UltraStar Deluxe decidieron trabajar 28 3 3 Desarrollo con audio en GNU Linux en varios aspectos que vieron mejorables respecto al UltraStar original Primero mejo rar la fiabilidad del programa arreglando numerosos bugs y aumentando el rendimien to Segundo trabajar la apariencia visual bas ndose en gran medida en los efectos del SingStar de PlayStation 3 Finalmente facilitar la expansibilidad del sistema permi tiendo un gran n mero de formatos para los ficheros de v deo y audio y creando un sistema de scripting basado en Lua para los modos de juego colaborativos Performous Performous es uno de los juegos musicales open source m s populares Naci co mo una reescritura del UltraStar original aunque posteriormente lo super con cre ces La fortaleza de Performous reside en su capacidad de reconocimento de voces basado en la transformada r pida de Fourier FFT y en una serie de algoritmos de post pro
10. a gr fico utiliza la licencia MIT Massachusetts Institute of Technology Cuando se compila en sistemas Windows utiliza la biblioteca FMOD que es gra tuita pero de c digo cerrado en sistemas GNU Linux utiliza SDL_mixer que utiliza la licencia LGPL Lesser General Public License Kiss FFT 4 la biblioteca utilizada para hacer el an lisis de frecuencias utiliza una licencia BSD Berkeley Software Distribution PugiXML 5 biblioteca de procesamiento de ficheros XML se distribuye bajo al licencia MIT PulseAudio 3 utiliza una licencia LGPL 2 1 Ihttp www boost org LICENSE_1_0 txt 17 1 Introduccion 1 4 Visi n general Tras una revisi n del calendario seguido detallaremos a lo largo del resto de la memoria el proceso de an lisis dise o codificaci n y pruebas que se sigui al realizar el proyecto Los manuales de usuario y de instalaci n se incluyen tras un resumen de los aspec tos m s destacables de proyecto y las conclusiones En dicho manual se hallan dos apartados dirigidos a la ampliaci n de la aplicaci n mediante la creaci n de nuevas lecciones y de nuevas canciones respectivamente 1 5 Glosario 1 5 1 Acr nimos BSD Berkeley Software Distribution DSP Digital Signal Processing FDL Free Documentation License FFT Fast Fourier Transform FSF Free Software Foundation GPL General Public License LGPL Lesser General Public License MIT Massachusetts Institute of Technology 1 5 2
11. aida ers 1 2 1 Funcionales 1 2 2 Transversales BACA es a aa her 1 3 1 Limitaciones del proyecto 1 3 2 Licencia Visi n general Glosario o oo aa 1 5 1 Acronimos 1 5 2 Definiciones Desarrollo del calendario 2 1 2 2 2 8 Iteraciones 2 1 1 Primera iteraci n conocimientos preliminares 2 1 2 Segunda iteraci n analizador b sico 2 1 3 Tercera iteraci n interfaz gr fica de usuario 2 1 4 Cuarta iteraci n motor de lecciones 2 1 5 Quinta iteraci n motor d Diagrama de Gantt Porcentajes de esfuerzo Iteraci n 1 investigaci n preeliminar 3 1 3 2 Adquisici n de conocimientos 3 1 1 Elsonido e Canciones 3 1 2 Descomposici n de sonidos o e 3 1 3 Digitalizaci n de sonidos Estudio del software disponible 3 2 1 Aplicaciones comerciales 11 13 15 15 15 15 16 16 17 17 18 18 18 18 INDICE GENERAL 3 2 2 Aplicaciones libres 2 232 438328 ewe he ES ES 3 3 Desarrollo con audio en GNU Linux 00 4 Resumen Conclusiones Manual del usuario Guia de ampliacion GNU Free Documentation License 1 APPLICABILITY AND DEFINITIONS o 2 VERBATIM COPYING 2 mn nenn 3 COPYING IN QUANTITY e e 4 MODIFIGATIONS te nia e 2 220
12. al pero requiere que la funci n de entrada sea una secuencia discreta y de duraci n finita Existe un gran n mero de aproximaciones al c lculo de la transformada de Fourier pero claramente el algoritmo m s utilizado y eficiente es el FFT Fast Fourier Trans form A pesar de imponer algunas limitaciones para mantener la eficiencia el algorit mo FFT es la implementaci n que m s habitualmente se encuentra en los chips DSP Por regla general computar la transformada de Fourier para N puntos usando FFT tar dar a un tiempo O N log N mientras que hacerlo utilizando la definici n est ndar de la DFT llevar a un tiempo O N A pesar de que fue el DFT el algoritmo que se utiliz finalmente en el proyecto se estudiaron otras posibles herramientas para la detecci n de la frecuencia fundamen tal como por ejemplo la funci n de autocorelaci n que tambi n suele utilizarse en an lisis de se ales para encontrar patrones repetitivos como se ales enmascaradas por ruido A pesar de ello dada la poca bibliograf a encontrada sobre estas t cnicas secundarias y la conocida eficiencia de la transformada de Fourier se decidi optar por la t cnica m s conocida 24 3 1 Adquisici n de conocimientos 3 1 3 Digitalizaci n de sonidos Antes de poder aplicar ninguna t cnica sobre los sonidos es necesario transformar los de forma que el ordenador pueda trabajar con ellos Captaci n de sonidos Lo m s habitual a la hora de dig
13. cesamiento Performous ha evolucionado con el tiempo naciendo como un juego de cante pero a adiendo caracter sticas colectivas como Guitar Hero o Rock Band permitiendo el uso de controladores adicionales como guitarras o bater as electr nicas Adem s en las ltimas versiones Performous incluye un modo de baile muy similar a los cl sicos DDR o StepMania 3 3 Desarrollo con audio en GNU Linux 29 4 Resumen 31 5 Conclusiones 33 6 Manual del usuario 35 7 Guia de ampliacion 37 A GNU Free Documentation License Version 1 2 November 2002 Copyright 2000 2001 2002 Free Software Foundation Inc 51 Franklin St Fifth Floor Boston MA 02110 1301 USA Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies of this license document but changing it is not allowed Preamble The purpose of this License is to make a manual textbook or other functional and useful document free in the sense of freedom to assure everyone the effective free dom to copy and redistribute it with or without modifying it either commercially or noncommercially Secondarily this License preserves for the author and publisher a way to get credit for their work while not being considered responsible for modifica tions made by others This License is a kind of copyleft which means that derivative works of the doc ument must themselves be free in the same sense It complements the GNU General Public License w
14. de el principio Lips ha permitido utilizar canciones de terceros mediante la conexi n de un reproductor MP3 Esta opci n solo estuvo disponible en sus competi dores despu s de la aparici n de Lips Adem s Lips introdujo un sistema de juego colaborativo en forma de duetos y competitivo en el que los jugadores cantaban secciones consecutivas de una canci n en busca de conseguir la mejor interpretaci n Apariciones menores en otros t tulos Aunque Lips y SingStar han sido los dos principales juegos del g nero muchos otros juegos musicales han incluido peque as pruebas y minijuegos que han hecho uso de micr fonos Por ejemplo DJ Hero Guitar Hero Band Hero y Def Jam Rapstar permiten utilizar el micr fono para a adir acompa amiento vocal al juego La ventaja es que en la mayor a de los casos es posible utilizar los micr fonos de Lips y SingStar con estos juegos de terceros evitando tener que adquirir m s dispositivos 3 2 2 Aplicaciones libres UltraStar UltraStar fue el primer clon libre de SingStar Fue desarrollado por Patryk Cebula en 2007 y ha servido como base para diferentes forks posteriores El juego permite a varias personas jugar a la vez mediante la conexi n de varios micr fonos a una tarjeta de sonido as como la adici n de nuevas canciones de forma sencilla mediante ficheros de configuraci n en formato texto Aunque las versiones iniciales se liberaron bajo una licencia GNU GPL desgraciada mente en l
15. deojuego en explotar el uso de un micr fono para que el usuario cantase y la aplicaci n reconociese el sonido Apareci por primera vez en mayo de 2004 para sistemas PlayStation 2 y desde entonces han aparecido nada menos que 23 ediciones para este sistema y otras 6 para PlayStation 3 La ventaja de SingStar es la que da ser el primero en explotar una idea atractiva que r pidamente consigui adeptos principalmente entre el p blico m s joven Este xito se vio fortalecido por la firma de una gran cantidad de contratos con discogr ficas a lo largo del tiempo que permiti el lanzamiento de ediciones regulares con los singles m s populares Las ltimas ediciones de SingStar incluyen algoritmos avanzados que permiten en tre otras opciones a adir efectos a las voces de los usuarios autom ticamente limpiar las pista vocales de las canciones que los jugadores carguen mediante almacenamiento externo Lips Lips fue la respuesta de Microsoft a SingStar para sus sistemas Xbox 360 El planteamien to es similar al de la versi n de PlayStation aunque incluye una serie de mejoras bastante atractivas Los micr fonos utilizados en Lips son inal mbricos e incluyen un sistema de detec ci n de movimientos de forma que es posible utilizarlos en secciones sin pista vocal 27 3 Iteraci n 1 investigaci n preeliminar pero con percusi n siguiendo el ritmo a modo de maracas o imitando movimientos que aparecen en pantalla Des
16. dor de sonido multiplataforma compatible con sistemas GNU Linux y Windows y utilizado en algunas de las distribu ciones m s conocidas como Ubuntu Fedora Mandriva openSuse y Lin ux Mint 4 Mark Borgerding Kiss FFT URL http sourceforge net projects kistfft Kiss FFT es una biblioteca para realizar Transformadas R pidas de Fouri er FFT Fast Fourier Transform Es una biblioteca muy peque a ra zonablemente eficiente y portable con capacidad para realizar opera ciones en distintos formatos 5 Arseny Kapoulkine Pugixml URL http code google com p pugixml PugiXML es una biblioteca ligera para el procesamiento de archivos XML en C Tiene soporte completo Unicode un parseador muy veloz y capacidad para usar consultas XPath 6 Julian Raschke y otros Gosu URL http libgosu org Gosu es una biblioteca de desarrollo de videojuegos 2D para Ruby y C con aceleraci n gr fica por OpenGL y orientaci n a objetos 47
17. doras basadas en procesadores Intel utilizan little endian esto es se almacena primero los bytes de menos relevancia Signo cualquier se al en forma de ondas pasa constantemente por el origen de forma que la amplitud toma valores positivos y negativos a cada momento Puede parecer intuitivo usar un entero con signo para la representaci n pero tambi n es posible utilizar uno sin signo de forma que el origen se represente como la mitad del rango ahorr ndonos as posibles complicaciones en la representaci n de n meros negativos 26 3 2 Estudio del software disponible Canales la mayor a de micr fonos de baja calidad producen sonido monoaural de forma que solo es necesario utilizar un canal para su reproducci n a difer encia de los micr fonos estereof nicos que utilizan dos o m s canales En este aspecto el flujo que se genera durante la digitalizaci n de una se al est reo es m s complejo de procesar en tanto en cuanto los datos de cada canal vienen entrelazados en el flujo y a veces es dif cil distinguirlos 3 2 Estudio del software disponible Existen algunas soluciones de software juegos en la amplia mayor a de los casos que explotan la idea del an lisis de sonido en tiempo real como principal modo de interactuar con el usuario En esta secci n vamos a conocer algunas de estas soluciones y las ideas que adquirimos de su estudio 3 2 1 Aplicaciones comerciales SingStar SingStar fue el primer vi
18. editors or for images composed of pixels generic paint programs or for drawings some widely available drawing editor and that is suitable for input to text formatters or for automatic trans lation to a variety of formats suitable for input to text formatters A copy made in an otherwise Transparent file format whose markup or absence of markup has been ar ranged to thwart or discourage subsequent modification by readers is not Transparent An image format is not Transparent if used for any substantial amount of text A copy that is not Transparent is called Opaque Examples of suitable formats for Transparent copies include plain ASCII without markup Texinfo input format LaTeX input format SGML or XML using a publicly available DTD and standard conforming simple HTML PostScript or PDF designed for human modification Examples of transparent image formats include PNG XCF and JPG Opaque formats include proprietary formats that can be read and edited only by proprietary word processors SGML or XML for which the DTD and or processing 40 tools are not generally available and the machine generated HTML PostScript or PDF produced by some word processors for output purposes only The Title Page means for a printed book the title page itself plus such following pages as are needed to hold legibly the material this License requires to appear in the title page For works in formats which do not have any title page as s
19. ent as given on its Title Page then add an item describing the Modified Version as stated in the previous sentence Preserve the network location if any given in the Document for public access to a Transparent copy of the Document and likewise the network locations given in the Document for previous versions it was based on These may be placed in the History section You may omit a network location for a work that was published at least four years before the Document itself or if the original publisher of the version it refers to gives permission For any section Entitled Acknowledgements or Dedications Preserve the Title of the section and preserve in the section all the substance and tone of each of the contributor acknowledgements and or dedications given therein Preserve all the Invariant Sections of the Document unaltered in their text and in their titles Section numbers or the equivalent are not considered part of the section titles Delete any section Entitled Endorsements Such a section may not be included in the Modified Version Do not retitle any existing section to be Entitled Endorsements or to conflict in title with any Invariant Section Preserve any Warranty Disclaimers If the Modified Version includes new front matter sections or appendices that qualify as Secondary Sections and contain no material copied from the Document you may at your option designate some or a
20. hich is a copyleft license designed for free software We have designed this License in order to use it for manuals for free software be cause free software needs free documentation a free program should come with man uals providing the same freedoms that the software does But this License is not limited to software manuals it can be used for any textual work regardless of subject matter or whether it is published as a printed book We recommend this License principally for works whose purpose is instruction or reference 1 APPLICABILITY AND DEFINITIONS This License applies to any manual or other work in any medium that contains a notice placed by the copyright holder saying it can be distributed under the terms of this License Such a notice grants a world wide royalty free license unlimited in du ration to use that work under the conditions stated herein The Document below 39 A GNU Free Documentation License refers to any such manual or work Any member of the public is a licensee and is addressed as you You accept the license if you copy modify or distribute the work in a way requiring permission under copyright law A Modified Version of the Document means any work containing the Document or a portion of it either copied verbatim or with modifications and or translated into another language A Secondary Section is a named appendix or a front matter section of the Doc ument that deals excl
21. italizar un sonido es primeramente utilizar alg n dispositivo que transforme las ondas sonoras en algo que pueda transmitirse al com putador en forma de ondas el ctricas Este dispositivo es el micr fono en nuestro caso de tipo electret que es el m s utilizado en ordenadores personales tel fonos m viles y dem s dispositivos de consumo con requisitos de audio de media o baja fidelidad Estos micr fonos constan de una membrana que vibra libremente cuando capta cualquier onda ac stica o de sonido ya sea voz m sica o ruidos convirti ndola en una se al el ctrica de baja frecuencia y de muy poca tensi n o voltaje semejante a la del sonido captado Una vez que esta se al el ctrica llega a la tarjeta de sonido comienza la siguiente parte del proceso Curiosamente el proceso es el inverso del que ocurre en un altavoz Es por eso que en el caso de algunos auriculares intrauditivos como los que habitualmente acom pa an a los reproductores MP3 de bolsillo es posible utilizarlos como micr fonos de baja fidelidad Tambi n es posible aunque bastante m s dif cil utilizar ciertos mi cr fonos de escritorio como altavoces improvisados limitados a la reproducci n de altas frecuencias Muestreo de la se al El siguiente paso es el muestreo o sampling de la se al El proceso consiste en medir la amplitud de la se al anal gica en diferentes puntos uniformemente espaci ados a lo largo del tiempo El n mero de veces que se
22. ll of these sections as invariant To do this add their titles to the list of Invariant Sections in the Modified Version s license notice These titles must be distinct from any other section titles You may add a section Entitled Endorsements provided it contains nothing but endorsements of your Modified Version by various parties for example statements of 43 A GNU Free Documentation License peer review or that the text has been approved by an organization as the authoritative definition of a standard You may add a passage of up to five words as a Front Cover Text and a passage of up to 25 words as a Back Cover Text to the end of the list of Cover Texts in the Modified Version Only one passage of Front Cover Text and one of Back Cover Text may be added by or through arrangements made by any one entity If the Document already includes a cover text for the same cover previously added by you or by arrangement made by the same entity you are acting on behalf of you may not add another but you may replace the old one on explicit permission from the previous publisher that added the old one The author s and publisher s of the Document do not by this License give per mission to use their names for publicity for or to assert or imply endorsement of any Modified Version 5 COMBINING DOCUMENTS You may combine the Document with other documents released under this License under the terms defined in section 4 above for
23. los cuales los sonidos se denominan ultrasonidos Amplitud La amplitud representa la energia que transporta la onda Cuando un instrumento u otro objeto genera una vibracion la amplitud es la cantidad de movimiento que esa vibraci n genera Podr a equipararse de forma no estricta a la intensidad del sonido cuanto mayor sea la amplitud m s fuerte se oir el sonido Fase Por ltimo la fase y indica el desplazamiento horizontal de la onda respecto del origen Si la fase de una onda no es cero entonces parecer que est desplazada hacia la derecha si la fase es positiva y hacia la izquierda si la fase es negativa x t Amplitud Figura 3 2 Componentes de una se al senoidal b sica 22 3 1 Adquisici n de conocimientos 3 1 2 Descomposici n de sonidos Para desarrollar oFlute nos interesa conocer la altura de la nota que est tocan do la flauta en un instante concreto Para un tono puro podr amos conocer la altura fij ndonos en su frecuencia El problema es que en la naturaleza no existen los tonos puros sino que los sonidos se componen de multitud de tonos de diferentes ampli tudes frecuencias y fases Afortunadamente la teor a dicta que cualquier tono complejo puede descompon erse como suma de tonos puros de distintas amplitudes fases y frecuencias llamados parciales La menor de todas las frecuencias de los parciales se conoce como frecuen cia fundamental y es la que que dicta la altura gene
24. mentation License from time to time Such new versions will be similar in spirit to the present version but may differ in detail to address new problems or concerns See http www gnu org copyleft Each version of the License is given a distinguishing version number If the Docu ment specifies that a particular numbered version of this License or any later version applies to it you have the option of following the terms and conditions either of that specified version or of any later version that has been published not as a draft by the Free Software Foundation If the Document does not specify a version number of this License you may choose any version ever published not as a draft by the Free Software Foundation 46 Bibliografia 1 Boost C libraries URL http www boost org Boost es un conjunto de bibliotecas para C que ofrecen soluciones a todo tipo de problemas Est n escritas por los mejores desarrolladores de C y diez de estas bibliotecas formar n parte del nuevo est ndar C 0x 2 Oficina de Software Libre y Conocimiento Abierto de la Universidad de C diz URL http osl uca es Oficina de Software Libre y Conocimiento Abierto de la Universidad de Cadiz en la que trabaj como becario durante el desarrollo del proyecto realizando labores de organizaci n y gesti n de eventos administraci n de software y asistencia t cnica 3 PulseAudio URL http pulseaudio org PulseAudio es un servi
25. mo se representa y caracteriza digitalmente el sonido Conocer las bases del DSP Digital Signal Processing y su uso en aplicaciones de reconocimiento b sico de sonidos tales como sintonizadores y afinadores de instrumentos Introducirme en la programaci n de audio en sistemas GNU Linux Entender las bases del an lisis de sonidos en el dominio de la frecuencia Utilizar un enfoque de an lisis dise o y codificaci n orientado a objetos de una forma lo m s clara y modular posible para permitir ampliaciones y modifica ciones sobre la aplicaci n por terceras personas Hacer uso de herramientas b sicas en el desarrollo de software como son los Sistemas de Control de Versiones para llevar un control realista del desarrollo del software as como hacer de las veces de sistema de copias de seguridad 1 3 Alcance oFlute se modela como una herramienta l dico educativa para alumnos que comien cen a aprender a usar la flauta dulce proporcionando un entorno atractivo y ameno para el estudiante stos tendr n la posibilidad de recorrer una serie de peque as lecciones sobre m sica en general y el uso de la flauta dulce en particular Adem s el usuario tendr la posibilidad de comprobar sus conocimientos sobre el uso de la flauta practicando gracias a las secciones de an lisis de notas y de canciones en las que la aplicaci n valorar la pericia del estudiante con la flauta 16 1 3 Alcance 1 3 1 Limitacione
26. modified versions provided that you include in the combination all of the Invariant Sections of all of the original documents unmodified and list them all as Invariant Sections of your combined work in its license notice and that you preserve all their Warranty Disclaimers The combined work need only contain one copy of this License and multiple identi cal Invariant Sections may be replaced with a single copy If there are multiple Invari ant Sections with the same name but different contents make the title of each such section unique by adding at the end of it in parentheses the name of the original author or publisher of that section if known or else a unique number Make the same adjustment to the section titles in the list of Invariant Sections in the license notice of the combined work In the combination you must combine any sections Entitled History in the various original documents forming one section Entitled History likewise combine any sec tions Entitled Acknowledgements and any sections Entitled Dedications You must delete all sections Entitled Endorsements 6 COLLECTIONS OF DOCUMENTS You may make a collection consisting of the Document and other documents re leased under this License and replace the individual copies of this License in the vari ous documents with a single copy that is included in the collection provided that you follow the rules of this License for verbatim copying of
27. mplitud de forma digital Este pro ceso se conoce como cuantificaci n y de l se desprender el n mero de bits de cada muestra Cabe notar que tanto el muestreo como la cuantificaci n son procesos con p rdidas ya que es imposible discretizar con total fidelidad un rango continuo de tensiones Existen diferentes m todos para decidir los niveles a los que se ajustar n las mues tras El m s utilizado es el PCM modulaci n por impulsos codificados en su vari ante uniforme que utiliza una escala uniforme para digitalizar los valores de amplitud a diferencia de la versi n no uniforme que utiliza escalas como la logar tmica La resoluci n de cuantificaci n o resoluci n digital m s habitual es de 16 bits que es la utilizada en los CDs de audio Esto nos permite tener 21 65536 niveles distintos con los que cuantizar cada muestra Codificaci n de las muestras El ltimo paso antes de tener los datos listos para el procesamiento es la codifi caci n en forma de bits Aunque podr a parecer un proceso trivial convertir los val ores digitales de las muestras en binario existen multitud de par metros que influyen a la hora de representar estas se ales Tama o de la muestra decidido en la cuantificaci n la muestra puede tener tama os desde los 8 a los 64 bits Orden de los bytes para muestras de m s de un byte es importante decidir el orden de los mismos endianness Popularmente la mayor a de computa
28. muestrea la se al por unidad de tiempo es conocido como frecuencia de muestreo e influye directamente en la calidad de la digitalizaci n del sonido La elecci n de la frecuencia de muestreo no suele ser trivial y tiene un impacto importante en el rendimiento y calidad del sistema ya que el n mero de elementos a procesar es directamente proporcional a la frecuencia Otro factor importante es la clase de sonidos que vamos a digitalizar Por regla gen eral los sonidos que se captan son los audibles por el o do humano Tal y como se coment en la secci n anterior estos sonido son aquellos cuyas frecuencias se encuen tran por debajo de los 20 kHz Existe un teorema dictado por el ingeniero sueco Harry Nyquist que defiende que la frecuencia de muestreo m nima requerida para muestrear una se al debe ser igual al doble de la m xima frecuencia contenida en la se al En 25 3 Iteraci n 1 investigaci n preeliminar nuestro caso como la m xima frecuencia audible es de 20 kHz lo normal ser utiliar una frecuencia de muestreo de 40 kHz El est ndar de CD que normalmente se utiliza como base de muestreo en la mayor a de tarjetas de sonido ampl a la tasa un 10 con objeto de contemplar el uso de filtros no ideales quedando la frecuencia de muestreo en 44 1 kHz Cuantificaci n de las muestras Una vez decidida la frecuencia de muestreo de la se al ser necesario acordar qu utilizaremos para representar sus niveles de a
29. odr an desarrollarse utilizando tec nolog as de la informaci n Es ah donde este proyecto hace su aportaci n 1 2 Objetivos A la hora de definir los objetivos de un sistema podemos agruparlos en dos tipos diferentes funcionales y transversales Los primeros se refieren a qu debe hacer la aplicaci n que vamos a desarrollar e inciden directamente en la experiencia del usuario y de potenciales desarrolladores Por otro lado los objetivos transversales son aquellos invisibles al usuario final pero que de forma inherente act an sobre el resultado final de la aplicaci n y sobre la experiencia de desarrollo de la misma 1 2 1 Funcionales Crear un m dulo de an lisis del sonido en el dominio de la frecuencia para poder identificar las notas capturadas por el micr fono en tiempo real 15 1 Introducci n Crear una aplicaci n de usuario que identifique y muestre en pantalla las notas que toca el usuario en cada momento Reutilizar el m dulo de an lisis en un juego en el que el usuario debe tocar correctamente las notas que aparecen en pantalla siguiendo un pentagrama Incluir un sistema de lecciones multimedia individuales que sirvan al alumno de referencia y fuente de aprendizaje Potenciar el uso de interfaces de usuario amigables con un sistema avanzado de animaciones que proporcione un aspecto fluido y evite saltos bruscos entre secciones 1 2 2 Transversales Obtener una base te rica sobre c
30. ral del sonido general ya que aunque el resto de frecuencias puede corresponder a otras notas es la altura de la frecuencia fundamental la que mayor relevancia tiene en el sonido Un subconjunto de esos parciales conocidos como arm nicos tienen frecuencias m ltiplos de la frecuencia fundamental Estos arm nicos sirven para enriquecer el sonido y sobre todo determinar el timbre musical del origen del sonido dos instru mentos o personas pueden estar tocando la misma nota y emitir la misma frecuencia fundamental pero ser el conjunto total de arm nicos el que nos ayude a distinguir qu instrumento est emitiendo el sonido As pues el objetivo es encontrar una forma de descomponer una se al el sonido en sus componentes y analizar sus frecuencias buscando la frecuencia fundamental que nos informar de la nota que se est tocando Representaci n gr fica de sonidos Las representaci n habitual de las se ales se hace en el dominio del tiempo es decir podemos observar c mo la se al cambia a lo largo del tiempo viendo el valor de su amplitud en cada instante Por otro lado la representaci n en el dominio de la frecuencia nos permite analizar una se al respecto a las frecuencias que la componen dividiendo la se al en sus componentes En la figura 3 3 podemos comparar la representaci n de un sonido en el dominio del tiempo en forma de ondas tal y como aparecer a en un osciloscopio frente a su representaci n en
31. ribute However you may accept compensation in exchange for copies If you distribute a large enough number of copies you must also follow the conditions in section 3 You may also lend copies under the same conditions stated above and you may publicly display copies 3 COPYING IN QUANTITY If you publish printed copies or copies in media that commonly have printed cov ers of the Document numbering more than 100 and the Document s license notice requires Cover Texts you must enclose the copies in covers that carry clearly and legibly all these Cover Texts Front Cover Texts on the front cover and Back Cover Texts on the back cover Both covers must also clearly and legibly identify you as the publisher of these copies The front cover must present the full title with all words of 41 A GNU Free Documentation License the title equally prominent and visible You may add other material on the covers in addition Copying with changes limited to the covers as long as they preserve the title of the Document and satisfy these conditions can be treated as verbatim copying in other respects If the required texts for either cover are too voluminous to fit legibly you should put the first ones listed as many as fit reasonably on the actual cover and continue the rest onto adjacent pages If you publish or distribute Opaque copies of the Document numbering more than 100 you must either include a machine readable Transparent copy
32. s del proyecto El proyecto se limita al uso de la flauta dulce y no a otros instrumentos por la enorme variabilidad de timbre entre ellos lo que supondr a un enorme esfuerzo a la hora de generalizar el analizador de frecuencias El sistema de lecciones se basa en plantillas XML en las que es posible definir im genes y texto para formar una pantalla de informaci n En un futuro se ampli ar para incluir otros elementos multimedia as como lecciones con varias pantallas consecutivas Los sistemas de audio son una de las reas en las que menos consenso hay entre plataformas inform ticas por lo que la transportabilidad de las aplicaciones suele ser compleja El presente proyecto utiliza la API Simple de PulseAudio como subsistema de sonido que es en teor a compatible con plataformas Win32 pero en la pr ctica su complejidad hace pr cticamente inviable la portabilidad de la aplicaci n 1 3 2 Licencia El proyecto est publicado como software libre bajo la licencia GPL General Public License versi n 2 El conjunto de bibliotecas y m dulos utilizados tienen las siguientes licencias Alo largo del proyecto se utilizan diferentes partes de las bibliotecas Boost 1 que utilizan la licencia Boost Software License Se trata de una licencia de soft ware libre compatible con la GPL y comparable en permisividad a las licencias BSD y MIT Gosu 6 la biblioteca de desarrollo de videojuegos que ha proporcionado el sub sistem
33. sico Una vez adquiridos los conocimientos te ricos necesarios y decididas las t cnicas y herramientas para llevar aquellos a la pr ctica fue obvia la necesidad de empezar por dise ar un analizador de notas b sico que ser a el coraz n del programa Del xito del desarrollo temprano del m dulo que se encargar a del an lisis de sonidos depender a la viabilidad completa del proyecto 19 por hacer 2 Desarrollo del calendario 2 1 3 Tercera iteraci n interfaz gr fica de usuario Con el m dulo de an lisis desarrollado s lo restaba desarrollar el resto de la apli caci n alrededor del mismo En esta tercera iteraci n se propusieron numerosos dise os para la interfaz gr fica de usuario y una vez decantados por uno de ellos comenz el desarrollo de los elementos de la interfaz haciendo nfasis en conseguir un aspecto din mico y jovial 2 1 4 Cuarta iteraci n motor de lecciones Uno de los subproductos de la aplicaci n es el motor de lecciones que presenta una serie de unidades did cticas en formato multimedia compuestas de im genes y textos con conceptos sobre m sica En esta iteraci n se hizo un an lisis de las posibilidades de este motor concluyendo con el dise o y desarrollo de un mecanismo muy sencillo de ampliar y utilizar 2 1 5 Quinta iteraci n motor de canciones La parte de mayor interactividad de la aplicaci n es el motor de canciones en el que el usuario tiene la posibilidad de tocar
34. t Sections with trans lations requires special permission from their copyright holders but you may include translations of some or all Invariant Sections in addition to the original versions of these Invariant Sections You may include a translation of this License and all the license notices in the Document and any Warranty Disclaimers provided that you also include the original English version of this License and the original versions of those notices and disclaimers In case of a disagreement between the translation and the original version of this License or a notice or disclaimer the original version will prevail If a section in the Document is Entitled Acknowledgements Dedications or His tory the requirement section 4 to Preserve its Title section 1 will typically require changing the actual title 9 TERMINATION You may not copy modify sublicense or distribute the Document except as express ly provided for under this License Any other attempt to copy modify sublicense or distribute the Document is void and will automatically terminate your rights under 45 A GNU Free Documentation License this License However parties who have received copies or rights from you under this License will not have their licenses terminated so long as such parties remain in full compliance 10 FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE The Free Software Foundation may publish new revised versions of the GNU Free Docu
35. uch Title Page means the text near the most prominent appearance of the work s title preceding the beginning of the body of the text A section Entitled XYZ means a named subunit of the Document whose title either is precisely XYZ or contains XYZ in parentheses following text that translates XYZ in another language Here XYZ stands for a specific section name mentioned below such as Acknowledgements Dedications Endorsements or History To Preserve the Title of such a section when you modify the Document means that it remains a section Entitled XYZ according to this definition The Document may include Warranty Disclaimers next to the notice which states that this License applies to the Document These Warranty Disclaimers are considered to be included by reference in this License but only as regards disclaiming warranties any other implication that these Warranty Disclaimers may have is void and has no effect on the meaning of this License 2 VERBATIM COPYING You may copy and distribute the Document in any medium either commercially or noncommercially provided that this License the copyright notices and the license notice saying this License applies to the Document are reproduced in all copies and that you add no other conditions whatsoever to those of this License You may not use technical measures to obstruct or control the reading or further copying of the copies you make or dist
36. una canci n que aparece en pantalla usando la flauta mientras la aplicaci n valora en tiempo real su interpretaci n Durante la quinta iteraci n se elabor este sistema encargado de listar y cargar las diferentes canciones y puntuar al usuario seg n c mo lo haga 2 2 Diagrama de Gantt 2 3 Porcentajes de esfuerzo 20 3 Iteraci n 1 investigaci n preeliminar 3 1 Adquisici n de conocimientos Para poder enfrentarnos con garant as al desarrollo del proyecto fue necesario adquirir una base de conocimientos que nos permitiera entender los conceptos que se iban a usar y las herramientas para trabajar con ellos As fuimos gui ndonos por la intuici n y sobre todo por las necesidades que iban surgiendo Los conceptos que se presentan a continuaci n son b sicos para comprender c mo funciona el m dulo de an lisis del proyecto 3 1 1 El sonido Un sonido es una vibraci n que se propaga por un medio el stico en forma de onda Estas vibraciones se transmiten de forma longitudinal esto es en la misma direcci n en la que se propaga la onda El medio m s com n para la transmisi n del sonido es el aire El sonido en su forma m s simple se compone de una sola onda sinusoidal b sica con las caracter sticas tradicionales amplitud frecuencia y fase Una onda sinusoidal es aquella cuyos valores se calculan utilizando funciones seno Frecuencia y tono La frecuencia mide el n mero de oscilaciones de la onda por
37. usively with the relationship of the publishers or authors of the Document to the Document s overall subject or to related matters and contains noth ing that could fall directly within that overall subject Thus if the Document is in part a textbook of mathematics a Secondary Section may not explain any mathematics The relationship could be a matter of historical connection with the subject or with related matters or of legal commercial philosophical ethical or political position re garding them The Invariant Sections are certain Secondary Sections whose titles are designat ed as being those of Invariant Sections in the notice that says that the Document is released under this License If a section does not fit the above definition of Secondary then it is not allowed to be designated as Invariant The Document may contain zero Invariant Sections If the Document does not identify any Invariant Sections then there are none The Cover Texts are certain short passages of text that are listed as Front Cover Texts or Back Cover Texts in the notice that says that the Document is released under this License A Front Cover Text may be at most 5 words and a Back Cover Text may be at most 25 words A Transparent copy of the Document means a machine readable copy represent ed in a format whose specification is available to the general public that is suitable for revising the document straightforwardly with generic text
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