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🔊 Periférico AUDIO (Sistema de Som)

1. Visão Geral

O Periférico AUDIO é responsável pela geração e mistura de som no PROMETEU.

Assim como os demais subsistemas:

não é automático
não é gratuito
não é mágico

Cada som é resultado de comandos explícitos, executados sob orçamento de tempo e recursos.

Som consome tempo.
Som consome memória.

2. Filosofia

PROMETEU trata áudio como:

um periférico ativo
com canais limitados
comportamento determinístico
controle explícito

Objetivo: clareza arquitetural e didática, não realismo absoluto.

3. Arquitetura Geral

O sistema de áudio é composto por:

Voices (canais) — tocadores independentes
Samples — dados PCM
Mixer — soma das voices
Saída — buffer estéreo PCM

Separação conceitual:

Jogo envia comandos a 60Hz
Áudio é gerado continuamente em 48kHz

4. Formato de Saída

Sample rate: 48.000 Hz
Formato: PCM16 estéreo (signed i16)
Clipping: saturação/clamp

Esse formato é compatível com:

DACs I2S comuns
HDMI áudio
USB áudio
SBCs DIY (Raspberry Pi, Orange Pi, etc.)

5. Voices (Canais)

5.1 Quantidade

MAX_VOICES = 16

Cada voice:

toca 1 sample por vez
é independente
é misturada no output final

5.2 Estado de uma Voice

Cada voice mantém:

sample_id
pos (posição fracionária no sample)
rate (pitch)
volume (0..255)
pan (0..255, esquerda→direita)
loop_mode (off / on)
loop_start, loop_end
priority (opcional)

5.3 Conflito de Voices

Se todas as voices estiverem ocupadas:

aplica-se uma política explícita:
- STEAL_OLDEST
- STEAL_QUIETEST
- STEAL_LOWEST_PRIORITY

PROMETEU não resolve isso automaticamente sem regra definida.

6. Modelo Conceitual: “CPU de Áudio”

O AUDIO do PROMETEU é concebido como um periférico independente, assim como consoles clássicos tinham:

CPU principal do jogo
CPU dedicada ao som

No PROMETEU:

O core lógico assume essa separação conceitual
O host decide como implementar:
- mesma thread
- thread separada
- core separado

6.1 Metáfora de Hardware

Conceitualmente:

[CPU do Jogo] → envia comandos 60Hz → [Periférico AUDIO]
|
v
Voices + Mixer
|
v
Saída PCM

6.2 Implementação é Papel do Host

O core:

define o modelo
define os comandos
define os limites

O host:

escolhe:
- threads
- afinidade de CPU
- backend de áudio
garante entrega contínua dos buffers

Assim:

PROMETEU modela o hardware.
O host decide como realizá-lo fisicamente.

7. Samples

7.1 Formato

Samples do PROMETEU:

PCM16 mono
sample_rate próprio (ex.: 22050, 44100, 48000)
dados imutáveis em runtime

Campos:

sample_rate
frames_len
loop_start, loop_end (opcional)

7.2 Uso

Exemplo:

audio.play(sample_id, voice_id, volume, pan, pitch, priority)

Ou:

audio.playAuto(sample_id, volume, pan, pitch, priority)

(usa política de stealing)

8. Pitch e Interpolação

rate = 1.0 → velocidade normal
rate > 1.0 → mais agudo
rate < 1.0 → mais grave

Como posição vira fracionária:

usa-se interpolação linear entre dois samples vizinhos

9. Mixer

Para cada frame de saída (48kHz):

Para cada voice ativa:
- ler sample na posição atual
- aplicar pitch
- aplicar volume
- aplicar pan → gera L/R
Somar todas as voices
Aplicar clamp
Escrever no buffer estéreo

Custo depende de:

número de voices ativas
uso de interpolação

10. Sincronização com o Jogo

Jogo roda a 60Hz
Áudio gera dados a 48kHz

A cada frame (60Hz):

jogo envia comandos:
- play
- stop
- set_volume
- set_pan
- set_pitch

O áudio aplica esses comandos e continua tocando.

11. Comandos Básicos

Exemplos conceituais:

audio.play(sample, voice, volume, pan, pitch, priority)
audio.stop(voice)
audio.setVolume(voice, v)
audio.setPan(voice, p)
audio.setPitch(voice, p)
audio.isPlaying(voice)

12. Áudio e CAP

O áudio participa do Execution CAP:

custo de mixagem por frame
custo por voice ativa
custo de comandos