git.sesse.net Git - c64tapwav/blob - decode.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <math.h>
   4 #include <unistd.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include <vector>
   7 #include <algorithm>
   8
   9 #define LANCZOS_RADIUS 30
  10 #define BUFSIZE 4096
  11 #define HYSTERESIS_LIMIT 3000
  12 #define SAMPLE_RATE 44100
  13 #define C64_FREQUENCY 985248
  14 #define TAP_RESOLUTION 8
  15
  16 #define SYNC_PULSE_LENGTH 380.0
  17 #define SYNC_TEST_TOLERANCE 1.10
  18
  19 struct tap_header {
  20         char identifier[12];
  21         char version;
  22         char reserved[3];
  23         unsigned int data_len;
  24 };
  25
  26 double sinc(double x)
  27 {
  28         if (fabs(x) < 1e-6) {
  29                 return 1.0f - fabs(x);
  30         } else {
  31                 return sin(x) / x;
  32         }
  33 }
  34
  35 #if 1
  36 double weight(double x)
  37 {
  38         if (fabs(x) > LANCZOS_RADIUS) {
  39                 return 0.0f;
  40         }
  41         return sinc(M_PI * x) * sinc(M_PI * x / LANCZOS_RADIUS);
  42 }
  43 #else
  44 double weight(double x)
  45 {
  46         if (fabs(x) > 1.0f) {
  47                 return 0.0f;
  48         }
  49         return 1.0f - fabs(x);
  50 }
  51 #endif
  52
  53 double interpolate(const std::vector<short> &pcm, double i)
  54 {
  55         int lower = std::max<int>(ceil(i - LANCZOS_RADIUS), 0);
  56         int upper = std::min<int>(floor(i + LANCZOS_RADIUS), pcm.size() - 1);
  57         double sum = 0.0f;
  58
  59         for (int x = lower; x <= upper; ++x) {
  60                 sum += pcm[x] * weight(i - x);
  61         }
  62         return sum;
  63 }
  64
  65 // between [x,x+1]
  66 double find_zerocrossing(const std::vector<short> &pcm, int x)
  67 {
  68         if (pcm[x] == 0) {
  69                 return x;
  70         }
  71         if (pcm[x + 1] == 0) {
  72                 return x + 1;
  73         }
  74
  75         assert(pcm[x + 1] > 0);
  76         assert(pcm[x] < 0);
  77
  78         double lower = x;
  79         double upper = x + 1;
  80         while (upper - lower > 1e-6) {
  81                 double mid = 0.5f * (upper + lower);
  82                 if (interpolate(pcm, mid) > 0) {
  83                         upper = mid;
  84                 } else {
  85                         lower = mid;
  86                 }
  87         }
  88
  89         return 0.5f * (upper + lower);
  90 }
  91
  92 struct pulse {
  93         double time;  // in seconds from start
  94         double len;   // in seconds
  95 };
  96
  97 int main(int argc, char **argv)
  98 {
  99         std::vector<short> pcm;
 100
 101         while (!feof(stdin)) {
 102                 short buf[BUFSIZE];
 103                 ssize_t ret = fread(buf, 2, BUFSIZE, stdin);
 104                 if (ret >= 0) {
 105                         pcm.insert(pcm.end(), buf, buf + ret);
 106                 }
 107         }
 108
 109 #if 0
 110         for (int i = 0; i < LEN; ++i) {
 111                 in[i] += rand() % 10000;
 112         }
 113 #endif
 114
 115 #if 0
 116         for (int i = 0; i < LEN; ++i) {
 117                 printf("%d\n", in[i]);
 118         }
 119 #endif
 120
 121         std::vector<pulse> pulses;  // in seconds
 122
 123         // Find the flanks.
 124         int last_bit = -1;
 125         double last_upflank = -1;
 126         int last_max_level = 0;
 127         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
 128                 int bit = (pcm[i] > 0) ? 1 : 0;
 129                 if (bit == 1 && last_bit == 0 && last_max_level > HYSTERESIS_LIMIT) {
 130                         // up-flank!
 131                         double t = find_zerocrossing(pcm, i - 1) * (1.0 / SAMPLE_RATE);
 132                         if (last_upflank > 0) {
 133                                 pulse p;
 134                                 p.time = t;
 135                                 p.len = t - last_upflank;
 136                                 pulses.push_back(p);
 137                         }
 138                         last_upflank = t;
 139                         last_max_level = 0;
 140                 }
 141                 last_max_level = std::max(last_max_level, abs(pcm[i]));
 142                 last_bit = bit;
 143         }
 144
 145         // Calibrate on the first ~25k pulses (skip a few, just to be sure).
 146         double calibration_factor = 1.0f;
 147         if (pulses.size() < 20000) {
 148                 fprintf(stderr, "Too few pulses, not calibrating!\n");
 149         } else {
 150                 double sum = 0.0;
 151                 for (int i = 1000; i < 26000; ++i) {
 152                         sum += pulses[i].len;
 153                 }
 154                 double mean_length = C64_FREQUENCY * sum / 25000.0f;
 155                 calibration_factor = SYNC_PULSE_LENGTH / mean_length;
 156                 fprintf(stderr, "Cycle length: %.2f -> 380.0 (change %+.2f%%)\n",
 157                         mean_length, 100.0 * (calibration_factor - 1.0));
 158
 159                 // Check for pulses outside +/- 10% (sign of misdetection).
 160                 for (int i = 1000; i < 25000; ++i) {
 161                         double cycles = pulses[i].len * calibration_factor * C64_FREQUENCY;
 162                         if (cycles < SYNC_PULSE_LENGTH / SYNC_TEST_TOLERANCE || cycles > SYNC_PULSE_LENGTH * SYNC_TEST_TOLERANCE) {
 163                                 fprintf(stderr, "Sync cycle with upflank at %.6f was detected at %.0f cycles; misdetect?\n",
 164                                         pulses[i].time, cycles);
 165                         }
 166                 }
 167         }
 168
 169         std::vector<char> tap_data;
 170         for (unsigned i = 0; i < pulses.size(); ++i) {
 171                 double cycles = pulses[i].len * calibration_factor * C64_FREQUENCY;
 172                 int len = lrintf(cycles / TAP_RESOLUTION);
 173                 if (i > 15000 && (cycles < 100 || cycles > 800)) {
 174                         fprintf(stderr, "Cycle with upflank at %.6f was detected at %.0f cycles; misdetect?\n",
 175                                         pulses[i].time, cycles);
 176                 }
 177                 if (len <= 255) {
 178                         tap_data.push_back(len);
 179                 } else {
 180                         int overflow_len = lrintf(cycles);
 181                         tap_data.push_back(0);
 182                         tap_data.push_back(overflow_len & 0xff);
 183                         tap_data.push_back((overflow_len >> 8) & 0xff);
 184                         tap_data.push_back(overflow_len >> 16);
 185                 }
 186         }
 187
 188         tap_header hdr;
 189         memcpy(hdr.identifier, "C64-TAPE-RAW", 12);
 190         hdr.version = 1;
 191         hdr.reserved[0] = hdr.reserved[1] = hdr.reserved[2] = 0;
 192         hdr.data_len = tap_data.size();
 193
 194         fwrite(&hdr, sizeof(hdr), 1, stdout);
 195         fwrite(tap_data.data(), tap_data.size(), 1, stdout);
 196 }