Понимание того, почему звуковые каналы меняются при за循环е звука

Содержание

Вопрос или проблема
Ответ или решение
Анализ проблемы
Решение с изменением индекса
Рекомендации по исправлению
Заключение

Вопрос или проблема

Я пишу пользовательский аудиосмешиватель на C++, который использует 16-битный PCM с плавающей запятой, частоту дискретизации 44100 Гц и 2 канала.

Проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что каждый раз, когда мне нужно зациклить звуки (то есть, когда я достиг конца буфера PCM), я сбрасываю индексы выборки на 0, но я заметил, что при воспроизведении стереозвука с активным только одним каналом звуковые каналы по какой-то причине меняются местами при зацикливании. Левые образцы на самом деле воспроизводятся справа, а правые — слева. Они постоянно меняются местами каждый раз при зацикливании!

Код:

// это вызывается постоянно в аудиопотоке:
if (BuffersPlaying() < MAX_SOUND_BUFFERS /* 2 */)
 for (size_t i = 0; i < NUM_SAMPLES_PER_BUFFER /* 1024 */ * NUM_CHANNELS; ++i)
 {
     int mixedSamples = 0;
     for (size_t k = 0; k < sounds.size(); ++k)
     {
         Sound* sound = sounds[k];
         if (!sound->playing)
             continue;

         uint pcmSize = waveBuffers[sound->waveIndex].size / sizeof(int16);
         int16* pcmData = waveBuffers[sound->waveIndex].data;

         if (sound->sampleIndex < (int)pcmSize)
         {
             mixedSamples += (int)(pcmData[sound->sampleIndex] * soundsVolume);
             sound->sampleIndex++;
         }
         else if (sound->loop)
         {
             sound->sampleIndex = 0;

             mixedSamples += (int)(pcmData[sound->sampleIndex] * soundsVolume);
         }
         else
         {
             sound->playing = false;
             sound->sampleIndex = 0;
         }
     }
     soundBuffers[currentBuffer][i] = (int16)std::clamp((int)(mixedSamples * audioVolume), -32768, 32767);
}
QueueCurrentBuffer(); // загружает текущие аудиобуферы для воспроизведения аудио API
currentBuffer++;
currentBuffer %= MAX_SOUND_BUFFERS;

Однако я заметил, что в else if (sound->loop), если я установлю sound->sampleIndex в NUM_CHANNELS - 1 вместо 0, это действительно исправляет проблему, но я не понимаю, почему. Почему это так?

Я использую XAudio2 для воспроизведения звуковых буферов.

Ответ или решение

Понимание проблемы смены каналов звука при зацикливании

В процессе разработки пользовательского аудиосмешивателя на C++, вы столкнулись с проблемой обмена звуковыми каналами при зацикливании звуковых файлов. Чтобы разобраться в этом феномене, давайте проанализируем ваш код и основные принципы работы с аудио в контексте PCM.

Анализ проблемы

Ваш код обрабатывает PCM данные формата 16-битный знак, с частотой дискретизации 44100 Гц и двухканальным стереозвуком. Проблема начинается в этом фрагменте:

else if (sound->loop)
{
    sound->sampleIndex = 0;

    mixedSamples += (int)(pcmData[sound->sampleIndex] * soundsVolume);
}

Когда вы обнуляете sampleIndex в начале буфера, вы фактически всегда берете первый элемент PCM, который соответствует левому каналу звука. Так как вы работаете с стереозвуком (два канала), первый элемент будет представлять левый канал, второй – правый и так далее. Это приводит к тому, что при зацикливании звука вы постоянно берете «левый» элемент, в то время как записи на самом деле содержат данные для обоих каналов, что вызывает ненадлежащее воспроизведение.

Решение с изменением индекса

Вы упомянули, что установка sound->sampleIndex в NUM_CHANNELS - 1 устраняет проблему. Давайте рассмотрим, почему это работает.

При использовании двухканальной записи PCM, индексы образцов в массиве pcmData распределены следующим образом:

pcmData[0] — левый канал первого образца
pcmData[1] — правый канал первого образца
pcmData[2] — левый канал второго образца
pcmData[3] — правый канал второго образца
и так далее.

Когда вы устанавливаете sampleIndex в NUM_CHANNELS - 1 (то есть 1 для двухканального звука), вы начинаете с правого канала последнего образца, что может временно решить проблему канального смещения. Однако это не является корректным долгосрочным решением.

Заключение

Правильная обработка стереозвука требует внимательного управления индексами образцов при циклическом воспроизведении. Убедитесь, что всегда правильно рассчитываете индекс для доступа к PCM данным с учетом количества каналов. Это предотвращает проблемы воспроизведения и обеспечивает качественный вывод звука, создавая более профессиональный и эффективный аудиомикшер.