IN1000 - H?st 2022

Obligatorisk innlevering uke 5

Frist for innlevering: 03.10. kl 23:59

Sp?rsm?l eller kommentarer til oppgaveteksten sendes til ivargry@ifi.uio.no.

OBS! Tilbakemelding

Fra og med denne innleveringen vil man ikke lenger f? forklarende tilbakemelding p? obligen med mindre man ber om det (skriv “?nsker tilbakemelding” ?verst i kommentaren i Devilry). Dersom en oppgave blir trukket for poeng vil man uansett f? en begrunnelse for trekket.

Denne uken skal vi jobbe med lyd i Python. Vi kommer til ? snakke om lyd i gruppetimen, og vil se at lyd egentlig bare er b?lger, og at vi enkelt kan representere slike b?lger ved hjelp av en liste i Python (der hvert element representerer b?lgeh?yden p? et gitt tidsrom).

For ? gj?re denne innleveringen trenger du ? ha numpy installert p? pc-en din. Ta kontakt dersom du har problemer med ? installere disse!

NB: Obligen bygger p? oppgavene for uken (vi jobber og g?r gjennom disse p? fredag) og det anbefales ? gj?res disse f?r du gj?r obligen. Obligen fortsetter p? konseptene og koden som blir introdusert i undervisningen.

Prekode

Lag en fil lyd.py hvor du importerer numpy og numpy slik:

import numpy as np

Alle oppgavene i denne obligen (bortsett fra den valgfrie oppgaven) kan gj?res i filen lyd.py.

P? gruppetimen har vi skrevet (eller vil skrive) en funksjon for ? lage en liste som representerer 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 ogs? funksjonen skriv_lyd_til_fil:

import numpy as np
import wave

def skriv_lyd_til_fil(data, sample_rate, filnavn):
    # tatt fra https://stackoverflow.com/a/64376061
    audio = np.array([data, data]).T
    audio = audio.astype("<h")

    with wave.open(filnavn, "w") as f:
        f.setnchannels(2)
        f.setsampwidth(2)
        f.setframerate(sample_rate)
        f.writeframes(audio.tobytes())

Test at du f?r laget en tone og skrevet denne til fil og spilt den av (NB: det kan v?re lurt ? ikke ha p? for h?yt volum f?rste gang du pr?ver, i tilfelle lyden er h?y/ubehagelig):

skriv_lyd_til_fil(lag_tone(3, 440), 44100, "filnavn.wav")

Hvis koden over fungerer og du f?r spilt av lyden, er du klar til ? begynne p? obligen.

Oppgave 1: Lese noter fra fil

Vi ?nsker n? lage et lite program som kan spille musikk som er skrevet ved hjelp av tekst i en fil. Sangen v?r ser slik ut (se under). Hver linje inneholder navnet p? 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 p? at du ikke f?r noen ekstra tomme linjer til slutt n?r du lagrer filen.

Hver note tilsvarer en frekvens (antall svingninger i sekundet). For eksempel tilsvarer A frekvensen 440.

Vi kan bruke denne ordboken for ? 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 ? 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 best?ende av to elementer: frekvens og varighet. Denne listen som returneres vil representere sangen i filen p? et format som vi kan bruke til ? spille av sangen senere.

Test funksjonen les_sang_fra_fil p? 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],  ...

Sjekk at du forst?r dette formatet (hva denne n?stede listen betyr og representerer) f?r du g?r videre.

Oppgave 2:

Lag en funksjon lag_sang_fra_noter.

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 skriv_lyd_til_fil) og fader den ut (senker volumet gradvis).

Volum er rett og slett hvor h?ye verdier det er i lyden. Du kan derfor fade sangen ut ved ? gange verdiene med gradvis lavere og lavere tall. Det er ulike m?ter ? gj?re dette p?. Pr?v deg frem til du f?r noe du er forn?yd med.

Oppgave 4

Lag en funksjon forenkle_lyd som tar en lyd (en liste) og endrer hver verdi i lyden slik:

Test funksjonen p? lyden generert fra sangen i oppgave 2. F?r du h?rer p? resultatet, gjett om du tror du kommer til ? kjenne igjen sangen eller ikke.

Oppgave 5 (valgfri konkurranse)

Skriv koden for denne oppgaven i en fil med navn konkurranse_DELTAKERNAVN.py, der du bytter ut DELTAKERNAVN med et valgfritt deltakernavn. Husk ? levere den filen for ? delta i konkurransen.

Her finner du en fil med et lydsignal som inneholder en hemmelig kode. Koden er vanskelig/umulig ? h?re pga st?y 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 g?r ut p? ? skrive kode som endrer lyden slik at du klarer ? h?re hva den hemmelige koden er. Jo renere og penere lyd du klarer ? f?, jo bedre. Det er alts? to m?l i konkurransen:

  1. F? tak i den hemmelige koden
  2. Lag en ny lyd som er s? ren og pen som mulig (lite st?y og andre artifakter). Vi vil h?re p? de ulike bidragene i neste gruppetime og sammen k?re en vinner.

Start med f?lgende prekode og f?lg instruksjonene i kommentarene:


import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import pickle

def skriv_lyd_til_fil(lydliste):
    # dette er funksjonen du har fra f?r ...
    
def les_lyd_fra_fil():
    lyd = pickle.load(open("kode.pickle", "rb"))
    return lyd


hemmelig_kode = les_lyd_fra_fil()
# hemmelig_kode er n? en liste som inneholder lyden du skal jobbe med

# Start gjerne med ? skrive lyden til fil og spille den av ? f? en fealing av hva du har ? jobbe med:
skriv_lyd_til_fil(hemmelig_kode)

# Det kan v?re lurt ? plotte lyden for ? se etter mulige problemer og ting du kan gj?re for ? forbedre signalet
plt.plot(hemmelig_kode)
plt.show()

# tips: Det kan v?re lurt ? zoome inn p? deler av plottet for ? studere det n?rmere

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 p?
    pass

Et hint: St?y i lyd kommer ofte i form av enkeltverdier som er mye h?yere eller lavere enn verdier i n?rheten:

[1, 2, 3, 4, 1000, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3]

Her er typisk tallet 1000 st?y, og lyden vil h?res bedre ut om man hadde byttet ut 1000 med f. eks verdien f?r eller etter (eller gjennomsnittet/medianen av verdiene rundt).

Krav til innlevering

Hvordan levere oppgaven

Kommenter p? f?lgende sp?rsm?l i kommentarfeltet i Devilry. Sp?rsm?lene skal besvares.

For ? levere:

  1. Logg inn p? Devilry.
  2. Lever alle .py-filene , og husk ? svare p? sp?rsm?lene i kommentarfeltet.
  3. Husk ? trykke lever/add delivery og sjekk deretter at innleveringen din er komplett. Du kan levere flere ganger, men alle filer m? v?re med i hver innlevering.
  4. Den obligatoriske innleveringen er minimum av hva du b?r ha programmert i l?pet av en uke. Du finner flere oppgaver for denne uken p? semestersiden.