07播放声音和音乐

07播放声音和音乐 本章包含的内容: , 通过音调沟通 , 播放音乐 , 转换MIDI文件 , 转换WAV文件 7.1简介 RCX自身有一个内置扬声器及驱动它的硬件，这样可以使你的机器人能发声。这个特点却未被充分使用～它不仅仅通过一些有趣的方式使你的机器人更具有个性化，而且提供了一个简单的通信，以帮助测试程序，及排除程序错误。 这是我们为什么在本书中要用一个章节来介绍RCX的声音和音乐的原因了，虽然这个话题与编程有关，而不是搭建。不过，正象我们在第6章中介绍的那样，制作机器人时，这两个点很少是独立的。对于本书第二部分将要介绍到的机器人，声音是他们与外界相联系的一个重要元素。对其他机器人来说，声音丰富了他们的行为。 如果你不熟悉音乐术语或声音文件格式，你可能会觉得本章的主题有一点复杂。但是这个努力是值得的，因为这项技术为你机器人世界带来更有趣的机会。你可以了解如何运用简单的音调，如何编写一小段曲子，以及如何将数字声音文件转换成可以嵌入程序的声音效果。 7.2 用音调沟通 我们在介绍中提过，RCX有一个内置的扬声器。其外侧特征为:在LEGO标志面，RCX1.5有两个小缝隙，声音就是从那发出来的。RCX的声音系统是通过程序编写完成的;你无法改变扬声器的音量，这是预先确定的，但是你可以控制音乐的频率(定调)和持续时间。NQC语言，在我们的里使用，包括两个基本命令来产生声音，叫PlaySound和PlayTone。通过PlaySound指令，可以使RCX输出6个预先设定的声音模式中的一个，如一个简短的滴答声，两声蜂鸣或短的音符串: PlaySound(SOUND_CLICK); PlaySound(SOUND_DOUBLE_BEEP); PlaySound(SOUND_UP); PlaySound(SOUND_DOWN); PlayTone命令可以演奏一个给定的音调(以赫兹为单位)并持续一段时间(1/100秒);下面这个语句可以演半秒钟262赫兹的音调。 PlayTone(262,50); RCX能够产生任何从31赫兹到16，000赫兹的频率:不过，你只能在音乐频率范围内编写音乐(见附件C)。所有可以为LEGO固件编程的语言都具有这项功能。而其他大多数语言都或多或少对需要一些复杂的方法对声音控制。 声音可以更直接地反映出RCX对特殊环境的变化。RCX有显示，但是我们并不能随时看到它，尤其是当你的机器人穿过房间运行的时候～它总是数据，你可以在PC上读取储存在RCX内的一个专门存储区的数据，但是，要使用这些数据，你就必须一直坐在计算机前。而声音，则可以在不打断任务其他工作的情况下发射，你可以听到，就算机器人远在你视野之外。 通过简单的声音模式，你能知道完成了工作，或是哪里出了问题或电池电量不足等等。它能知道按下按钮，或告诉你等待特殊的输入，如第6章校准程序的例子。在1999年MINDSTORMS爱好者和专业人员聚集在麻省理工学院(MIT)，我们要设计一个了Tic-Tac-Toe机器人—见第20章—可以通过不同的主题音乐通知人类对手有关比赛的结果。 7.3播放音乐 有时声音模式可以使你的作品独具特色。音乐比简单的音调更能丰富你的机器人的个性。一个摔跤机器人面对它的对手时，如果它演奏瓦格纳的“Ride of the Valkyries”，比演奏肖邦的钢琴奏鸣曲或什么都不演奏更具有活力，根据电影Short Circuit里的Johnny Five复制的机器人——见 ——他伴着Saturday Night Fever的主题曲起舞——但是如果你关掉音乐，它就变成了只会18章 摇动胳膊和头的机器人。 演奏音乐需要你耐心地将每一个音节编入程序。乐高RCX Code不太适合编写稍长些的曲子，但是使用其他的文本语言，如NQC，你就可以编写、储存长些的歌曲了。 曲子的每个音符都有两个特征:定调和持续时间——第一个用频率表达，第二个用时间表达。你必须在两个音调之间插入延时，以使CPU保证音调持续时间再处理下一个音调。 PlayTone(440,50); Wait(50); PlayTone(220,100); Wait(100); 在这个例子里，RCX演奏A调(440赫兹)半秒钟长，等待音调结束，然后演奏其他一个低八度A调(220赫兹)音符1秒钟。 RCX仅限于每次演奏一个单音符，因此我们说他是单频道设备，无法演奏和音，因为和音需要同时演奏两个或更多的音符，但是你可以调整音符时间达到不同效果。在前面的例子里，在第二个音符发出前，一直演奏第一个音符，以产生连奏效果。同样，要得到一个断奏效果也很容易——使用Wait语句减少音符持续时间——相当于在两个音符之间加入一个没有声音的休止符: PlayTone(440,10); Wait(50); PlayTone(220,100); Wait(100); 编写一段悦耳的音乐程序是一件冗长的工作。编完后，如果你发现执行得比你预想的要快或慢时，你会怎么做,不幸的，你必须返回修改所有的时间间隔。更好的方式是采用许多文本编程环境提供的方法:定义常数。利用常量，你就可以使间隔根据特定的连续时间来控制执行速度。 #define BEAT 50 PlayTone(440, BEAT); Wait(BEAT); PlayTone(220, 2*BEAT); Wait(2*BEAT); 这段程序代表的动作与我们的第一个例子相似，但是你将知道通过定义一个常数，程序将更清楚更容易管理，仅简单地改变BEAT的值使之改变整个速度。进一步，我们可以将音调频率定义为常数，从而让程序更具有易读性: #define BEAT 50 #define A3 220 #define A4 440 PlayTone(A3, BEAT); Wait(BEAT); PlayTone(A4, 2*BEAT); Wait(2*BEAT); 你也可以为所有的音调编写常量表，以便在不同程序里重复使用: #define C1 33 #define Cs1 35 #define D1 37 #define Ds1 39 //... #define C4 262 #define Cs4 277 //... #define B8 7902 例如，我们将D,定为Ds(D大调)，因为大多数语言不允许在常量和变量中使用象,这样的特殊符号。不要担心这个表会太长，因为编译器会负责处理常量，不改变你的实际的程序的长度或它所占用的存储空间。 为你的机器人编写音乐，这是一个证明多任务功能非常有用的典型案例。你需要在一个单独任务中处理歌曲，然后根据环境需要在主任务执行的某个时候过程开始或结束它。 7.4转MIDI文件 使用常量，程序会变的更清晰，但是你却无法节约编写乐曲的时间。你只能一个一个地写入音调。不过，一些工具能够帮你全部或部分完成这一工作。例如，Bricx Command Center(RCC)可以让你在PC屏幕通过一个虚拟的钢琴键盘键入音调，并自动生成相应的NQC程序。还有一个彻底的解决，即音乐文件转换功能。 乐器数字接口Musical Instruments Digital Interface (MIDI)是一个复杂的标准:包括在设备和计算机之间的通讯协议，硬件连接和存储格式。MIDI文件是根据这标准定义的格式被储存在文件中的歌曲。 MIDI文件在专家、业余爱好者与乐器制造厂商中都取得了令人难以置信的成功，是音乐家交流声音的首选方法。因此，你可以很容易地找到以MIDI文件格式存储的所有现有歌曲。 那么，什么是MIDI文件呢,它只是一演奏的音调串，其持续时间、强度、以及表明所使用乐器的程序。因此MIDI文件不是声音文件。也不包括象CD、WAV 文件、MP3文件或其他普通的声音格式那样的数字音乐文件。但是，它包括一些指南，使演奏者(人或者机器)可以复制这首歌曲、或乐谱，并可以让音乐家来演奏。并且，就象真正的乐谱一样，结果很大程度上依赖于由谁来演奏。对于MIDI文件，意味着其输出取决于演奏音乐的仪器。使用专业的MIDI音响可以得到很强烈的效果，而使用低档的PC声卡可能会使效果很差。音乐家们之所以对MIDI文件这么感兴趣，是因为作为标准音调，易于读取和编辑(使用特殊程序)。 因此，关键问题是:用什么方法能够将MIDI文件传递给RCX,虽然你不能直接输入给RCX，有一个非常好的方法，MIDI2RCX，可以将任何MIDI文件转换成正确的程序。是Guido Truffelli开发的，免费提供。目前它只能运行在Windows操作系统，可生成NQC 或legOS程序，不过Truffelli希望能用于更多语言，并在为之努力。可在Truffelli网站(见附件A)下载。 在深入讨论如何使用MIDI文件及用这做什么以前，还需要了解它的另一个特性。MIDI 文件的音调是打包在通道中传输的，每个通道都分配乐器来复制音调。例如，通道1分配给一个钢琴调，通道2是一个低音器，通道3给吉他等等。通道10永远是鼓声，通道4通常是赋予悦耳的音调，也就是说音乐家声音的音调或主要器具的演奏，但也不是必须这样分配。如前面所述，RCX有单频道的声音性能，它不能同时产生多个的音调，因此你必须小心选择音调让它演奏。在你开始把MIDI文件直接转换成程序码前，建议你用一些特殊的软件做一些测试，看一下哪个通道能更好地传递歌曲。市场上有许多商品，几乎可以处理任何MIDI文件，但是实际上你并不需要所有功能及其所提供的复杂的东西。因特网上有许多免费软件和共享程序，非常适合完成分辨哪个单通道适合将MIDI文件转换成RCX指令的工作。用编辑器打开MIDI文件，并闭所有通道，然后依次打开，每次打开一个，选出合适的通道。如果你很熟悉MIDI文件编辑器，可以从选中的通道中删除一些音调，因为你可能并不需要整首歌曲，只要其中的一节，如重复部分与主题曲。如果你通过编辑器完成，你可以保存改好的MIDI文件。 注意 如果你能找到适合蜂窝电话的MIDI文件，就可以少做很多工作，因为这种格式与RCX的非常相似。 现在你可以使用MIDI2RCX了。它是一个控制平台，而不是图形化界面，因此你需要在DOS命令窗口下运行它。它需要MIDI文件名，2个可选择参数来指定进行转换的通道(默认为all)和选择目标语言(默认legOS)。你的命令基本如下: c:\midi2rcx>midi2rcx letitbe.mid 4 nqc letitbe.mid是你的原始MIDI文件，4是修改的通道，以及NQC语言。使用这个命令，MIDI2RCX将生成一个文件名为letitbe.nqc的，包含用于编辑的简单的NQC程序的文件，下载到你的RCX，运行，可能的话，粘贴到你的程序里。我们强烈建议不要转换所有的通道:导致的结果将是无法预知的。 7.5转WAV文件 Guido Truffelli还写了WAV2RCX应用程序，可将WAV文件转化为NQC和legOS指令。和MIDI文件不同的是，WAV文件包括可以运行的数字化音频内容。如果你很熟悉图形化文件格式，你可以把MIDI文件看成是矢量图，而WAV文件为栅图。 将MIDI文件转换成RCX程序并不容易。而播放WAV文件则更难。就我们所知，还没有人取得好的声音质量。这是RCX声音硬件所限制的。 Truffelli程序采用一个简单的策略，使用很多的WAV文件以得到好的效果:将源文件分成小段，然后用FFT算法为每段计算主频;最后，用与MIDI2RCX相同的方法将频率转换成RCX编程语句。但还不能让你的RCX说话。只能发出简单的音调，就象Win系统下的ding.wav 或ringing.wav文件。WAV2RCX是一个有用的工具，可以让你的机器人跟传统的科幻小说中的那样:产生激光枪，跳跃斯帕克斯和翁翁响的效果～ 小结 本章对RCX声音系统的简要介绍就为了说明:无论有多大局限性，它都是一个无价的资源。它能帮助你调试程序，返回形式不同模式或频率的声音信息，或者使你的机器人更具个性。 NQC提供两种控制声音系统的命令:PlaySound演奏预先确定的声音模式PlayTone播放你需要的音调和持续时间。当PlaySound适合多数用户需求，PlayTone提供更好的机会让你编写悦耳的曲子。 鉴于RCX硬件的局限性， MIDI文件转化的非常好，可以为你的机器人提供很好的音乐声道。另外，WAV文件的转化，现在有更大的困难，效果很不理想;不过，它们都能用为你的机器人带来奇妙的声音效果。 在这本书中更多的机器人以声音为特点。例如，第20章介绍的Tic-Tac-Toe和玩象棋的机器人，用蜂鸣声通知使用者它做好接受信息输入的准备，在第24章飞行模拟装置的声音系统的声音系统将声音模拟作为其基本功能:制造发动机噪音。其他机器人，即使工作时不需要声音，有了声 、18章中动物或电影人物。在第21章，我们将采用不同的方法，教你音使其大为增色，如第17 如何让你的机器人自己演奏音乐。