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Localisation_360/Localisation_360_vros.cpp
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381
Localisation_360/Localisation_360_vros.cpp
Normal file
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@ -0,0 +1,381 @@
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#include <iostream>
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using namespace std;
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <math.h>
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#include <limits.h>
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#include <alsa/asoundlib.h>
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#include "/usr/include/alsa/asoundlib.h"
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//#define SAMPLE_TYPE float
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//#define SAMPLE_TYPE_ALSA SND_PCM_FORMAT_FLOAT_LE
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#define SAMPLE_TYPE short //sample type = type d'echantillon
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#define SAMPLE_TYPE_ALSA SND_PCM_FORMAT_S16_LE
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/**
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||||
* classe permettant de calculer la moyenne glissante du signal
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*/
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||||
class MoyenneGlissante {
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int _nbDeValeursPrMoy;
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||||
int _nbDeValeurs;
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||||
float _mean;
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||||
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||||
public:
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||||
MoyenneGlissante(int nbDeValeursPrMoy) {
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||||
_nbDeValeursPrMoy = nbDeValeursPrMoy;
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||||
_mean = 0;
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||||
_nbDeValeurs = 0;
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||||
}
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||||
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||||
void nvelleValeur(SAMPLE_TYPE v) {
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||||
if (_nbDeValeurs < _nbDeValeursPrMoy)
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||||
_nbDeValeurs++;
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||||
_mean = ((_mean * (_nbDeValeurs - 1)) + v) / (float)_nbDeValeurs;
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||||
}
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||||
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||||
SAMPLE_TYPE getMean() {
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||||
return (SAMPLE_TYPE) _mean;
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||||
}
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};
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||||
/**
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||||
* Cette classe calcule la direction du son entendu
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*
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*
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||||
* Elle utilise 2 microphones et calcule la différence de temps d'arrivée des sons entre eux pour
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||||
* estimer la localisation de la source sonore.
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*/
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||||
class Localisation {
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||||
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/**
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||||
* Décalage maximum entre le micro droit et gauche en nombre d'échantillons.
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||||
* Cela dépend généralement de la fréquence d'échantillonnage et de la distance entre
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||||
* microphones
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*/
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||||
static const int _nbEchantillonsDiffMax = 13; //difference max du nombre d'echantillons
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/**
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||||
* Taille du tampon sur laquelle nous allons essayer de localiser le son.
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||||
* Ceci est un certain nombre d'échantillons, et dépend de la fréquence d'échantillonnage et de la vitesse de
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||||
* changement de loc son que nous voulons détecter. Des valeurs plus faibles signifient le calcul du son
|
||||
* se fait plus souvent, mais la précision est assez faible car nous calculons sur une très petite tranche de
|
||||
* du son.
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*/
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||||
static const int _TailleTampon = 4096;
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||||
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||||
/**
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||||
* Prenez un point pour la localisation du son est Niveau> 105% du Niveau moyen. Cela permet de calculer la
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||||
* localisation du son uniquement pour les sons "significatifs", pas le bruit de fond.
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||||
*/
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||||
static constexpr float _NiveauSonMin = 1.1f; //f de 1.05f signifie :float constant with value of 1.05
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||||
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||||
/**
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||||
* sound speed in meters per seconds
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*/
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||||
static constexpr float _Vson = 344;
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||||
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||||
/**
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||||
* sound sampling rate in Hz
|
||||
*/
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||||
unsigned int _TauxEchantillonnageSon;
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||||
|
||||
/**
|
||||
* Distance between microphones in meters
|
||||
*/
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||||
static constexpr float _DistanceMic = 0.05f;//5 cm de distance entre les deux microphones
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||||
/** An utility to compute the running average of sound power */
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||||
MoyenneGlissante* _MoyNivSonore;
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||||
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||||
/** ALSA sound input handle */
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||||
snd_pcm_t* _capture_handle;
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||||
snd_pcm_t* _capture_handle2;
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||||
|
||||
/** sound samples input buffer */
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||||
SAMPLE_TYPE _TamponDroit[_TailleTampon];
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||||
SAMPLE_TYPE _TamponGauche[_TailleTampon];
|
||||
SAMPLE_TYPE _TamponAvant[_TailleTampon];
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||||
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||||
public:
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||||
Localisation() {
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||||
_MoyNivSonore = new MoyenneGlissante(50);
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||||
_TauxEchantillonnageSon = 44100;
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||||
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||||
// sampling: 2 chanels, 44 KHz, 16 bits.
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||||
int err;
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||||
snd_pcm_hw_params_t* hw_params;
|
||||
snd_pcm_hw_params_t* hw_params2;
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||||
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||||
// ideally use "hw:0,0" for embedded, to limit processing. But check if card support our needs...
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||||
const char* CarteSon = "plughw:0,0";
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||||
const char* CarteSon2 = "plughw:1,0";
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||||
// open_____________________
|
||||
if ((err = snd_pcm_open(&_capture_handle, CarteSon, SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible d'ouvrir le peripherique audio %s (%s)\n", CarteSon,snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_open(&_capture_handle2, CarteSon2, SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible d'ouvrir le peripherique audio %s (%s)\n", CarteSon,snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//malloc_____________________
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_malloc(&hw_params)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible d'allouer la structure des paramètres matériels (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_malloc(&hw_params2)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible d'allouer la structure des paramètres matériels (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//any_____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_any(_capture_handle, hw_params)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr,"Impossible d'initialiser la structure des paramètres matériels (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_any(_capture_handle2, hw_params2)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr,"Impossible d'initialiser la structure des paramètres matériels (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//access_____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_access(_capture_handle, hw_params,SND_PCM_ACCESS_RW_NONINTERLEAVED)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le type d'acces (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_access(_capture_handle2, hw_params2,SND_PCM_ACCESS_RW_NONINTERLEAVED)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le type d'acces (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//format _____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_format(_capture_handle, hw_params,SAMPLE_TYPE_ALSA)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le format d'echantillonnage (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_format(_capture_handle2, hw_params2,SAMPLE_TYPE_ALSA)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le format d'echantillonnage (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//rate near _____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(_capture_handle, hw_params,&_TauxEchantillonnageSon, 0)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le taux d'echantillonnage (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(_capture_handle2, hw_params2,&_TauxEchantillonnageSon, 0)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le taux d'echantillonnage (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
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||||
//set channels_____________________
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_channels(_capture_handle, hw_params, 2))< 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le nombre de canaux (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params_set_channels(_capture_handle2, hw_params2, 1))< 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir le nombre de canaux (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
//hwparams _____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params(_capture_handle, hw_params)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir les parametres (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_hw_params(_capture_handle2, hw_params2)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de definir les parametres (%s)\n", snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
snd_pcm_hw_params_free(hw_params);
|
||||
snd_pcm_hw_params_free(hw_params2);
|
||||
|
||||
//prepare _____________________
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_prepare(_capture_handle)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de preparer l'interface audio pour utilisation (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if ((err = snd_pcm_prepare(_capture_handle2)) < 0) {
|
||||
fprintf(stderr, "Impossible de preparer l'interface audio pour utilisation (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/** Clean exit */
|
||||
~Localisation() {
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||||
snd_pcm_close(_capture_handle);
|
||||
snd_pcm_close(_capture_handle2);
|
||||
delete _MoyNivSonore;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* Boucle principale: lit un tampon, calcule la localisation de la source sonore, fait une itération.
|
||||
*/
|
||||
void run() {
|
||||
//while (true) {
|
||||
TraitementSonsSuivants();
|
||||
//}
|
||||
}
|
||||
|
||||
private:
|
||||
/**
|
||||
* C'est le cœur de la localisation de la source sonore: il prend les sons échantillonnés
|
||||
* Droit / Gauche, et calcule leurs différences tout en retardant de plus en plus un canal.<br/>
|
||||
* => le retard pour lequel la différence est minime est le vrai retard
|
||||
* entre les sons Droit / Gauche, dont on peut déduire la source sonore
|
||||
* localisation
|
||||
*/
|
||||
void TraitementSonsSuivants() {
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||||
SAMPLE_TYPE* bufs[3];
|
||||
bufs[0] = _TamponDroit;
|
||||
bufs[1] = _TamponGauche;
|
||||
bufs[2] = _TamponAvant;
|
||||
int err;
|
||||
if ((err = snd_pcm_readn(_capture_handle, (void**) bufs, _TailleTampon))!= _TailleTampon) {
|
||||
fprintf(stderr, "Echec de la lecture de l'interface audio (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
if ((err = snd_pcm_readn(_capture_handle2, (void**) bufs, _TailleTampon))!= _TailleTampon) {
|
||||
fprintf(stderr, "Echec de la lecture de l'interface audio (%s)\n",snd_strerror(err));
|
||||
exit(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// compute the sound level (i.e. "loudness" of the sound):
|
||||
SAMPLE_TYPE Niveau = CalculNiv(_TamponDroit, _TamponGauche ,_TamponAvant);
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||||
// update the average sound level with this new measure:
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||||
_MoyNivSonore->nvelleValeur(Niveau);
|
||||
// relative sound level of this sample compared to average:
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||||
float NivRelatif = (float) Niveau / (float) _MoyNivSonore->getMean();
|
||||
//cout << "level " << level << ", relative " << NivRelatif << endl;
|
||||
|
||||
int minDiff = INT_MAX;
|
||||
int minDiff2 = INT_MAX;
|
||||
int minDiff3 = INT_MAX;
|
||||
int minDiffTime = -1;
|
||||
int minDiffTime2 = -1;
|
||||
int minDiffTime3 = -1;
|
||||
// glisse sur l'axe du temps pour trouver la différence sonore minimum entre les microphones Droit et Gauche
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||||
for (int t = -_nbEchantillonsDiffMax; t < _nbEchantillonsDiffMax; t++) {
|
||||
// calcule la somme des différences pour simuler une mesure de corrélation croisée:
|
||||
int diff = 0;
|
||||
int diff2 = 0;
|
||||
int diff3 = 0;
|
||||
for (int i = _nbEchantillonsDiffMax; i < _TailleTampon - _nbEchantillonsDiffMax - 1; i++) {
|
||||
diff += abs(_TamponGauche[i] - _TamponDroit[i + t]);
|
||||
diff2 += abs(_TamponGauche[i] - _TamponAvant[i + t]);
|
||||
diff3 += abs(_TamponAvant[i] - _TamponDroit[i + t]);
|
||||
}
|
||||
if (diff < minDiff) {
|
||||
minDiff = diff;
|
||||
minDiffTime = t;
|
||||
}
|
||||
if (diff2 < minDiff2) {
|
||||
minDiff2 = diff2;
|
||||
minDiffTime2 = t;
|
||||
}
|
||||
if (diff3 < minDiff3) {
|
||||
minDiff3 = diff3;
|
||||
minDiffTime3 = t;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
if (minDiffTime<minDiffTime2 && minDiffTime<minDiffTime3) {
|
||||
// Si le son est assez fort et pas extrême (= ce qui entraine généralement de fausses
|
||||
// mesures), alors on le dessine:
|
||||
if ((NivRelatif > _NiveauSonMin) && (minDiffTime > -_nbEchantillonsDiffMax) && (minDiffTime < _nbEchantillonsDiffMax)) {
|
||||
// computation of angle depending on diff time, sampling rates,
|
||||
// and geometry
|
||||
float angle = -(float) asin((minDiffTime * _Vson) / (_TauxEchantillonnageSon* _DistanceMic));
|
||||
if (angle<2 && angle >-2){ //Empeche de renvoyer la valeur -nan lorsque le son est jugé trop faible.
|
||||
printf("GetD");
|
||||
float angleGD = M_PI+angle;
|
||||
cout << angleGD << ";" << NivRelatif << endl;
|
||||
th = angleGD;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (minDiffTime2<minDiffTime && minDiffTime2<minDiffTime3) {
|
||||
// Si le son est assez fort et pas extrême (= ce qui entraine généralement de fausses
|
||||
// mesures), alors on le dessine:
|
||||
if ((NivRelatif > _NiveauSonMin) && (minDiffTime2 > -_nbEchantillonsDiffMax) && (minDiffTime2 < _nbEchantillonsDiffMax)) {
|
||||
// computation of angle depending on diff time, sampling rates,
|
||||
// and geometry
|
||||
float angle = -(float) asin((minDiffTime2 * _Vson) / (_TauxEchantillonnageSon* _DistanceMic));
|
||||
if (angle<2 && angle >-2){ //Empeche de renvoyer la valeur -nan lorsque le son est jugé trop faible.
|
||||
float angleGA = M_PI/4+angle;
|
||||
printf("GetA");
|
||||
cout << angleGA << ";" << NivRelatif << endl;
|
||||
th = angleGA;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (minDiffTime3<minDiffTime && minDiffTime3<minDiffTime2) {
|
||||
// Si le son est assez fort et pas extrême (= ce qui entraine généralement de fausses
|
||||
// mesures), alors on le dessine:
|
||||
if ((NivRelatif > _NiveauSonMin) && (minDiffTime3 > -_nbEchantillonsDiffMax) && (minDiffTime3 < _nbEchantillonsDiffMax)) {
|
||||
// computation of angle depending on diff time, sampling rates,
|
||||
// and geometry
|
||||
float angle = -(float) asin((minDiffTime3 * _Vson) / (_TauxEchantillonnageSon* _DistanceMic));
|
||||
if (angle<2 && angle >-2){ //Empeche de renvoyer la valeur -nan lorsque le son est jugé trop faible.
|
||||
float angleAD = M_PI/4+angle;
|
||||
printf("AetD");
|
||||
cout << angleAD << ";" << NivRelatif << endl;
|
||||
th = angleAD;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* Calcule du niveau sonore moyen (la puissance) pour les canaux gauche et droit.
|
||||
*/
|
||||
SAMPLE_TYPE CalculNiv(SAMPLE_TYPE Droit[], SAMPLE_TYPE Gauche[], SAMPLE_TYPE Avant[]) {
|
||||
float Niveau = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < _TailleTampon; i++) {
|
||||
float s = (Gauche[i] + Droit[i]+ Avant[i]) / 2;
|
||||
Niveau += (s * s);
|
||||
}
|
||||
Niveau /= _TailleTampon;
|
||||
Niveau = sqrt(Niveau);
|
||||
return (SAMPLE_TYPE) Niveau;
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
int main(int argc, char *argv[]) {
|
||||
ros::init(argc, argv, "localisation_v2");
|
||||
ros::NodeHandle nh;
|
||||
ros::Publisher cmd_velo = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 1000);
|
||||
geometry_msgs::Twist theta;
|
||||
|
||||
Localisation soundLoc;
|
||||
|
||||
while (ros::ok()){
|
||||
soundLoc.run();
|
||||
theta.angular.z = th;
|
||||
//theta.linear.x = 0.1;
|
||||
cmd_velo.publish(theta);
|
||||
}
|
||||
exit(0);
|
||||
}
|
||||
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