Obligatorisk innlevering uke 5
Frist for innlevering: 05.10. kl 23:59
Spørsmål eller kommentarer til oppgaveteksten sendes til ivargry@ifi.uio.no.
Denne uken skal vi jobbe med lyd i Python. Vi kommer til å snakke om lyd i gruppetimen, og vil se at lyd egentlig bare er bølger, og at vi enkelt kan representere slike bølger ved hjelp av en liste i Python (der hvert element representerer bølgehøyden på et gitt tidsrom).
For å gjøre denne innleveringen trenger du å ha numpy
og simpleaudio
installert på pc-en din. Ta kontakt dersom du har problemer med å installere disse!
NB: Obligen bygger på oppgavene for uken (vi jobber og går gjennom disse på fredag) og det anbefales å gjøres disse før du gjør obligen. Oppgavene her fortsetter på konseptene og koden som blir introdusert i undervisningen.
Prekode
Lag en fil lyd.py hvor du importerer numpy og simpleaudio slik:
import simpleaudio
import numpy as np
Alle oppgavene i denne obligen kan gjøres i filen lyd.py.
På gruppetimen har vi skrevet (eller vil skrive) en funksjon for å spille av en tone med en gitt frekvens i et gitt antall sekunder:
Legg denne funksjonen, som vi kaller lag_tone
i lyd.py:
def lag_tone(antall_sekunder, antall_svingninger_i_sekundet):
lyd = []
for i in range(int(44100 * antall_sekunder)):
lyd.append(16000 * (1 + np.sin(antall_svingninger_i_sekundet * i/44100 * 2 * np.pi)))
return lyd
Du trenger også funksjonen spill_lyd:
def spill_lyd(lydliste):
lyd = np.array(lydliste).astype(np.int16)
lydobjekt = simpleaudio.play_buffer(lyd, 1, 2, 44100)
lydobjekt.wait_done()
Test at du får spilt av en tone (NB: det kan være lurt å ikke ha på for høyt volum første gang du prøver, i tilfelle lyden er høy/ubehagelig):
spill_lyd(lag_tone(3, 440))
Hvis koden over fungerer, er du klar til å begynne på obligen.
Oppgave 1: Lese noter fra fil
Vi ønsker nå lage et lite program som kan spille musikk som er skrevet ved hjelp av tekst i en fil. Sangen vår ser slik ut (se under). Hver linje inneholder navnet på en note og varigheten til noten (hvor lenge den skal spilles).
Kopier innholdet her og lagre innholdet i en fil sang.txt
:
E 0.3
- 0.1
E 0.3
- 0.1
E 0.7
- 0.1
E 0.3
- 0.1
E 0.3
- 0.1
E 0.7
- 0.1
E 0.3
- 0.1
G 0.3
- 0.1
C 0.5
- 0.1
D 0.2
E 1.5
- 0.1
F 0.3
- 0.1
F 0.3
- 0.1
F 0.5
- 0.1
F 0.2
F 0.3
- 0.1
E 0.3
- 0.1
E 0.3
- 0.1
E 0.1
- 0.1
E 0.1
- 0.1
E 0.3
- 0.1
D 0.3
- 0.1
D 0.3
- 0.1
E 0.3
- 0.1
D 0.7
- 0.1
G 0.8
PS: Pass på at du ikke får noen ekstra tomme linjer til slutt når du lagrer filen.
Hver note tilsvarer en frekvens (antall svingninger i sekundet). For eksempel tilsvarer A frekvensen 440.
Vi kan bruke denen ordboken for å representere hvilke noter som tilsvarer hvilke frekvenser:
noter = {
"A": 440,
"G": 392,
"F": 349,
"E": 330,
"D": 294,
"B": 247,
"C": 261,
"-": 0
}
PS: Vi bruker "-" til å representere en stille tone (pause). Denne har frekvens 0, og vil ikke gi noen lyd.
Lag en funksjon les_sang_fra_fil
som tar filnavn
som parameter, leser sangen fra filen og returnerer en liste
der hvert element i listen er en ny liste bestående av to elementer: frekvens og varighet. Denne listen som returneres
vil representere sangen i filen på et format som vi kan bruke til å spille av sangen senere.
Test funksjonen les_sang_fra_fil
på filen sang.txt. Print listen som returneres, og sjekk at den
starter slik:
[[330, 0.3], [0, 0.1], [330, 0.3], [0, 0.1], ...
Oppgave 2:
Lag en funksjon lag_sang_fra_noter
.
- Denne funksjonen skal i motsetning til
les_sang_fra_fil
ikke ta et filnavn som parameter, men i stedet ta en liste av den typenles_sang_fra_fil
returnerer. - Oppgaven til denne funksjonen er å lage en "sang", dvs. én enkelt liste som representerer lydbølgene til sangen, og som kan sendes rett inn til
spill_sang
for å bli spilt av. - Funksjonen må altså ta inn den nøstede listen med noter, gå gjennom hver note for å lage lydbølgene til den noten og slå alt sammen til én enkelt liste som kan spilles av med
spill_sang
.
Test funksjonen med sangen du lagret i sang.txt, og spill av lyden som blir generert. Kjenner du igjen hvilken sang det er?
Oppgave 3:
Lag en funksjon fade_ut
som tar en komplett lyd (en liste av typen som kan sendes inn til spill_lyd) og fader den ut (senker volumet gradvis).
Volum er rett og slett hvor høye verdier det er i lyden. Du kan derfor fade sangen ut ved å gange verdiene med gradvis lavere og lavere tall. Det er ulike måter å gjøre dette på. Prøv deg frem til du får noe du er fornøyd med.
Oppgave 4
Lag en funksjon forenkle_lyd
som tar en lyd (en liste) og endrer hver verdi i lyden slik:
- Hvis verdien er under 16000: Sett verdien til å være 0
- Hvis verdien er over 16000: Sett verdien til å være 32000
Test funksjonen på lyden generert fra sangen i oppgave 2. Før du hører på resultatet, gjett om du tror du kommer til å kjenne igjen sangen eller ikke.
Oppgave 5 (valgfri konkurranse)
Skriv koden for denne oppgaven i en fil med navn konkurranse.py og lever den filen for å delta i konkurransen.
Her finner du en fil med et lydsignal som inneholder en hemmelig kode. Koden er vanskelig/umulig å høre pga støy og andre problemer med lyden. Last ned filen og legg den i samme mappe som konkurranse.py ligger. Prekoden under viser deg hvordan du spiller av lyden.
Konkurransen går ut på å skrive kode som endrer lyden slik at du klarer å høre hva den hemmelige koden er. Jo renere og penere lyd du klarer å få, jo bedre. Det er altså to mål i konkurransen:
- Få tak i den hemmelige koden
- Lag en ny lyd som er så ren og pen som mulig (lite støy og andre artifakter). Vi vil høre på de ulike bidragene i neste gruppetime og sammen kåre en vinner.
Start med følgende prekode og følg instruksjonene i kommentarene:
import simpleaudio
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import pickle
def spill_lyd(lydliste):
lyd = np.array(lydliste).astype(np.int16)
lydobjekt = simpleaudio.play_buffer(lyd, 1, 2, 44100)
lydobjekt.wait_done()
def les_lyd_fra_fil():
lyd = pickle.load(open("kode.pickle", "rb"))
return lyd
hemmelig_kode = les_lyd_fra_fil()
# hemmelig_kode er nå en liste som inneholder lyden du skal jobbe med
# Start gjerne med å spille av hemmelig_kode for å se hva du har å jobbe med:
spill_lyd(hemmelig_kode)
# Det kan være lurt å plotte lyden for å se etter mulige problemer og ting du kan gjøre for å forbedre signalet
plt.plot(hemmelig_kode)
plt.show()
# tips: Det kan være lurt å zoome inn på deler av plottet for å studere det nærmere
def fiks_lyd(lyd):
# Implementer ditt bidrag til konkurransen i denne funksjonen
# denne funksjonen kan kalle andre funksjoner (om du vil dele opp koden din),
# men den skal returnere en ny liste som er den korrigerte lyden
# det er denne lyden du vil bli vurdert på
pass
Et hint: Støy i lyd kommer ofte i form av enkeltverdier som er mye høyere eller lavere enn verdier i nærheten:
[1, 2, 3, 4, 1000, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3]
Her er typisk tallet 1000 støy, og lyden vil høres bedre ut om man hadde byttet ut 1000 med f. eks verdien før eller etter (eller gjennomsnittet/medianen av verdiene rundt).
Krav til innlevering
- Kun .py-filene skal leveres inn.
- Spørsmålene til innleveringen (nedenfor) skal besvares i kommentarfeltet.
- Koden skal inneholde gode kommentarer som forklarer hva programmet gjør.
- Programmet skal inneholde gode utskriftssetninger som gjør det enkelt for bruker å forstå.
Hvordan levere oppgaven
Kommenter på følgende spørsmål i kommentarfeltet i Devilry. Spørsmålene skal besvares.
- Hvordan synes du innleveringen var? Hva var enkelt og hva var vanskelig?
- Hvor lang tid (ca) brukte du på innleveringen?
- Var det noen oppgaver du ikke fikk til? Hvis ja: i. Hvilke(n) oppave(r) er det som ikke fungerer i innleveringen? ii. Hvorfor tror du at oppgaven ikke fungerer? iii. Hva ville du gjort for å få oppgaven til å fungere hvis du hadde mer tid?
For å levere:
- Logg inn på Devilry.
- Lever alle .py-filene , og husk å svare på spørsmålene i kommentarfeltet.
- Husk å trykke lever/add delivery og sjekk deretter at innleveringen din er komplett. Du kan levere flere ganger, men alle filer må være med i hver innlevering.
- Den obligatoriske innleveringen er minimum av hva du bør ha programmert i løpet av en uke. Du finner flere oppgaver for denne uken på semestersiden.