ФАУСТ (язык программирования)

«ФАУСТ» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Фауст .

ФАУСТ

Оригинальный автор(ы)	Янн Орлари, Доминик Фобер, Стефан Летц
Разработчик(и)	GRAME, Национальный центр музыкального творчества
Первоначальный выпуск	2002  ( 2002 )
Стабильная версия	2.60.3 / 14 июня 2023 г. ( 14.06.2023 )
Написано в	С++
Операционная система	Linux , OS X , Windows , Unix
Тип	Функциональный язык программирования для обработки аудиосигналов.
Лицензия	лицензия GPL
Веб-сайт	Фауст .грамм .fr

FAUST (Functional AUdio STream) — это для конкретной предметной области, чисто функциональный язык программирования предназначенный для реализации обработки сигналов алгоритмов в виде библиотек , аудиоплагинов или автономных приложений. Программа FAUST обозначает процессор сигналов: математическую функцию, которая применяется к некоторому входному сигналу и затем выводится.

Обзор

FAUST Модель программирования сочетает в себе подход функционального программирования с синтаксисом блок-схемы :

• Подход функционального программирования обеспечивает естественную основу для обработки сигналов . Цифровые сигналы моделируются как дискретные функции времени, процессоры сигналов — как функции второго порядка блок-схем FAUST , которые над ними работают, а операторы композиции , используемые для объединения процессоров сигналов, — как функции третьего порядка и т. д.
• Блок-схемы, даже если они чисто текстовые, как в FAUST, способствуют модульному подходу к обработке сигналов, который соответствует привычкам звукорежиссеров и разработчиков звука.

Программа FAUST описывает не звук или группу звуков, а процессор сигналов . Исходный код программы организован как набор определений , по крайней мере, с определением ключевого слова. process (эквивалент main в С):

process = ...;

FAUST Компилятор преобразует код FAUST в C++ объект , который затем может взаимодействовать с другим кодом C++ для создания полноценной программы.

Сгенерированный код работает на уровне образца. Поэтому он подходит для реализации низкоуровневых DSP, функций таких как рекурсивные фильтры . Код также может быть встроен . Он автономен и не зависит от какой-либо библиотеки DSP или системы выполнения . Он имеет очень детерминированное поведение и постоянный размер памяти.

Семантика FAUST призвана быть простой и четко определенной. Это позволяет компилятору FAUST управляться семантически . Вместо буквальной компиляции программы она компилирует математическую функцию, которую она обозначает. Это может способствовать повторному использованию компонентов. Более того, доступ к точной семантике программы FAUST может упростить вопросы сохранения.

FAUST — текстовый язык, ориентированный на блок-схемы. Он сочетает в себе два подхода: функциональное программирование и алгебраические блок-схемы , которые строятся посредством композиции функций . Для этого FAUST использует алгебру блок-схем из пяти операций композиции.

Пример кода

Программы FAUST определяют process функция, которая работает с входящими данными. Это аналогично main функционируют в большинстве языков программирования. Ниже приведен пример, вызывающий тишину:

process = 0;

Второй пример копирует входной сигнал на выход. Это предполагает _ примитив, обозначающий функцию идентичности сигналов:

process = _;

Другой пример суммирует стереосигнал в моносигнал, используя + примитивный:

process = +;

Блок-схемы, созданные Faust из некоторых простых программ.

Большинство примитивов FAUST аналогичны своим аналогам в C по числам, но перенесены в сигналы. Например, примитив FAUST sin работает с сигналом X, применяя C функцию sin к каждому образцу X[t]. Все числовые функции C имеют аналог в FAUST. Некоторые примитивы обработки сигналов специфичны для FAUST. Например, оператор задержки @ принимает два входных сигнала: X (сигнал, который нужно задержать) и D (задержка, которую нужно применить), и выдает выходной сигнал Y такой, что Y(t) = X(t - D(t)).

Состав блок-схемы

В отличие от подобных Max, языков визуального программирования, где пользователь выполняет соединения вручную, примитивы FAUST собираются в блок-схемы с помощью набора высокоуровневых операций композиции блок-схем .

Простые примеры составления блок-схем

блок-схемы, Операторы композиции используемые в FAUST

х~г	Рекурсивная композиция (приоритет 4)
ж, г	Параллельная композиция (приоритет 3)
е:г	Последовательная композиция (приоритет 2)
е<:г	Разделенная композиция (приоритет 1)
е:>г	Объединение композиции (приоритет 1)

Использование оператора последовательной композиции : выход + можно направить на вход abs для вычисления абсолютного значения сигнала:

process = + : abs;

Вот пример параллельной композиции с использованием , оператор, который параллельно упорядочивает левое и правое выражения. Это аналог стереокабеля.

process = _,_;

Эти операторы можно произвольно комбинировать. Следующий код умножает входной сигнал на 0,5:

process = _,0.5 : *;

Вышеуказанное можно переписать в каррированной форме:

process = *(0.5);

Оператор рекурсивной композиции ~ может использоваться для создания блок-схем с циклами (которые включают неявную задержку на одну выборку). Вот пример интегратора, который принимает входной сигнал X и вычисляет выходной сигнал Y такой, что Y(t) = X(t) + Y(t−1):

process = + ~ _;

Создание полноценных приложений

Используя файлы конкретной архитектуры , программу FAUST можно использовать для создания кода для различных платформ и форматов подключаемых модулей. Эти файлы архитектуры действуют как оболочки и описывают взаимодействие с аудиосистемой хоста и системой графического интерфейса. По состоянию на 2021 год , поддерживается более 30 архитектур, а новые может реализовать кто угодно.

Скриншот файла Mixer.dsp (доступен в дистрибутиве FAUST) с использованием архитектуры jack-qt.

Некоторые файлы архитектуры доступны для FAUST

alsa-gtk.cpp	Приложение ALSA + GTK
alsa-qt.cpp	Приложение ALSA + QT4
android.cpp	Android-приложения
au.cpp	Плагин аудиоустройства
ca-qt.cpp	Приложение CoreAudio + QT4
ios-coreaudio.cpp	приложения для iPhone и iPad
jack-gtk.cpp	Приложение JACK + GTK
jack-qt.cpp	Приложение JACK + QT4
ladspa.cpp	Плагин LADSPA
макс-msp.cpp	Плагин Max MSP
pd.cpp	Плагин Puredata
q.cpp	Плагин языка Q
суперколлайдер.cpp	Плагин суперколлайдера
vst.cpp	VST-плагин
vsti-mono.cpp	Плагин Monophonic VST Instrument
vsti-poly.cpp	Плагин Polyphonic VST Instrument

Создание блок-схем

Полезная опция позволяет создать представление блок-схемы программы в виде одного или нескольких графических файлов SVG.

Полезно отметить разницу между блок-схемой и сгенерированным кодом C++. Как уже говорилось, ключевая идея здесь заключается не в буквальном составлении блок-схемы, а в математической функции, которую она обозначает. Современные компиляторы C/C++ также не компилируют программы буквально. Но из-за сложной семантики C/C++ (из-за побочных эффектов, псевдонимов указателей и т. д.) они не могут продвинуться далеко в этом направлении. Это явное преимущество чисто функционального языка: он позволяет компиляторам выполнять очень сложную оптимизацию.

Семантика, подобная стрелкам

Семантика Faust почти такая же, как и у в Haskell класса типов Arrows . Однако класс типа Arrow не привязан к процессорам сигналов.

Эквивалентность комбинаторов FAUST и Arrow

f~g	loop ((\(a,b) -> (b,a)) ^>> f >>> id &&& (delay>>>g)) где delay не является методом Arrow класс типа, но специфичен для стрелок обработки сигналов
f,g	f***g
f:g	f>>>g
f<:g	f>>^h>>>g с соответствующей функцией h (или &&& в особых случаях)
f:>g	f>>^h>>>g с соответствующей функцией h

Комбинаторы Arrow более ограничительны, чем их аналоги FAUST, например, сохраняется вложенность параллельной композиции, а входы операндов &&& должно точно совпадать.

Ссылки

• Мишон, Ромен; Смит, Юлиус О. III (2011). «Faust-STK: набор линейных и нелинейных физических моделей для языка программирования Faust» (PDF) . Материалы 11-го Межд. Конференция по цифровым аудиоэффектам (DAFx-11) : 199–204.
• Фобер, Доминик; Орлари, Янн; Летц, Стефан (2011). «Проектирование архитектуры Faust и поддержка OSC» (PDF) . Материалы 11-го Межд. Конференция по цифровым аудиоэффектам (DAFx-11) : 213–216.
• Смит, Юлиус О. III; Мишон, Ромен (2011). «Нелинейные лестничные фильтры Allpass в Faust» (PDF) . Материалы 11-го Межд. Конференция по цифровым аудиоэффектам (DAFx-11) : 361–364.
• Жувело, Пьер; Орлари, Янн (2011). «Типы зависимых векторов для структурирования данных в многоскоростном Faust» (PDF) . Компьютерные языки, системы и структуры . 37 (3): 113–131. дои : 10.1016/j.cl.2011.03.001 .
• Смит III, Юлиус О. (2011). «Обработка аудиосигнала в Faust» (PDF) .
• Орлари, Янн; Летц, Стефан; Фобер, Доминик (2010). «Автоматическое распараллеливание аудиоприложений с помощью Faust» (PDF) . Материалы Французского акустического конгресса .
• Летц, Стефан; Орлари, Янн; Фобер, Доминик (2010). «Планировщик работы для автоматического распараллеливания в Faust» (PDF) . Материалы конференции Linux Audio (LAC-2010) .
• Греф, Альберт (2010). «Расширение переписывания терминов для языка программирования Faust» (PDF) . Материалы 8-й Международной конференции Linux Audio (LAC-2010) : 117.
• Бартелеми, Жером; Бонарди, Ален; Орлари, Янн; Лемутон, Серж; Чаварелла, Рафаэле; Баркати, Карим (2010). «Первые шаги к органологии виртуальных инструментов в компьютерной музыке» (PDF) . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции 2010 г. (ICMA-2010) : 369–372.
• Жувело, Пьер; Орлари, Янн (2010). «Типы зависимых векторов для многоскоростного Фауста» (PDF) . Материалы 7-й конференции по звуковым и музыкальным вычислениям (SMC-2010) : 345–352. Архивировано из оригинала (PDF) 7 апреля 2012 г. Проверено 11 октября 2011 г.
• Орлари, Янн; Летц, Стефан; Фобер, Доминик (2009). «Добавление автоматического распараллеливания в Faust» (PDF) . Материалы конференции Linux Audio (LAC-2009) .
• Жувело, Пьер; Орлари, Янн (2009). «Семантика многоскоростного Фауста». Технические отчеты Центра компьютерных исследований MINES ParisTech (PDF) .
• Орлари, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефан (2009). «Распараллеливание аудиоприложений с помощью Faust» (PDF) . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
• Орлари, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефан (2009). «Фауст: эффективный функциональный подход к программированию DSP». Новые вычислительные парадигмы для компьютерной музыки (PDF) . Издание Делатур. ISBN  978-2-7521-0054-2 .
• Орлари, Янн; Летц, Стефан; Фобер, Доминик (2008). «Многоядерные технологии в Джеке и Фаусте» (PDF) . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции 2010 (ICMC-2008) .
• Греф, Альберт (2007). «Взаимодействие чистых данных с Фаустом» (PDF) . Материалы 5-й Международной конференции Linux Audio (LAC2007) : 24.
• Смит III, Юлиус О. (2007). «Приложение К. Цифровая фильтрация в Фаусте и ФД» . Введение в цифровые фильтры: с аудиоприложениями . Издательство W3K. стр. 417–?. ISBN  978-0-9745607-1-7 .
• Греф, Альберт; Керстен, Стефан; Орлари, Янн (2006). «Программирование DSP с помощью Faust, Q и SuperCollider» (PDF) . Материалы 4-й Международной конференции Linux Audio (LAC2006) .
• Траусмут, Роберт; Душек, Кристиан; Орларей, Янн (2006). «Использование Faust для программирования FPGA» (PDF) . Материалы 9-го Межд. Конференция по цифровым аудиоэффектам (DAFx-09) .
• Орлари, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефона (2005). «Демонстрация языка обработки сигналов Faust» . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции . Том. 2005. Ассоциация компьютерной музыки. п. 286.
• Орлари, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефан (2004). «Синтаксические и семантические аспекты Фауста». Программные вычисления (PDF) .
• Скарингелла, Николас; Орлари, Янн; Фобер, Доминик (2003). «Автоматическая векторизация в Фаусте» (PDF) . День музыкального компьютера (JIM-2003) .
• Орлари, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефан (2002). «Алгебраический подход к построению блок-схем» (PDF) . День музыкального компьютера (JIM-2002) .
• Орларей, Янн; Фобер, Доминик; Летц, Стефан (2002). «Алгебра для языков блок-схем» (PDF) . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции (ICMA-2002) .

Внешние ссылки

• Официальный сайт , онлайн-компилятор, поддержка, документация, новости и т. д.