วันศุกร์ที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2554

เครื่องมือช่วยพล๊อตกราฟ

ช่วงหลายปีที่ผ่านมาผมทดลองใช้โปรแกรมสำหรับวิเคราะห์และประมวลสัญญาณแทน Matlab สลับไปสลับมาระหว่าง Octave กับ Scilab จุดด้อยของ 2 โปรแกรมนี้สำหรับคนที่คุ้นเคยกับ Matlab ก็คือการพล๊อตกราฟ กล่าวคือมันไม่ค่อยสะดวกสำหรับคนที่ชินกับระบบพล๊อตของ Matlab

หลังจากสำรวจรายการแพคเกจของ wheezy เกี่ยวกับการพล๊อตแล้วก็พบแพคเกจชื่อ plotdrop ซึ่งมีรายละเอียดน่าสนใจดังนี้ (จากรายละเอียดของแพคเกจ)
PlotDrop is designed for quick simple visualisation of 2D data series.
It is intended to be used in tandem with an external filesystem browser
such as GNOME's nautilus or KDE's konqueror. Files containing data are added
by dragging them from the browser to the file list.
อันที่จริงมีแพคเกจที่เกี่ยวกับ Data Visualization อีกเยอะเลยครับ แต่ตัวนี้มีลูกเล่นน้อยที่สุดทำให้รู้สึกว่าเรียนรู้ได้ง่ายที่สุด ก็เลยเลือกมาลองก่อน เราสามารถติดตั้งได้ทันทีโดย
# sudo apt-get install plotdrop
หากเป็นเครื่องของผมซึ่งเป็น wheezy แพคเกจนี้จะไปอยู่ในเมนูรูปภาพ (Graphic) ครับ เมื่อเรียกโปรแกรมนี้จากเมนูเราจะเห็นหน้าต่างแบบนี้
สิ่งที่เราต้องทำก็คือเอาข้อมูลให้โปรแกรมนี้ไป ข้อมูลจะต้องเป็น
  1. แฟ้มข้อความ เข้ารหัสแบบใดก็น่าจะได้ แต่ที่ผมใช้อยู่และไม่มีปัญหาคือ UTF-8
  2. ข้อมูลแยกหลัก (Column) กล่าวคือ ข้อมูล ก. อยู่หลัก 1 ข้อมูล ข. อยู่หลัก 2 ... อย่างนี้เรื่อยไป
  3. จำนวนแถว (Row) น่าจะต้องเท่ากัน ผมยังไม่เคยลองว่าถ้าจำนวนแถวไม่เท่ากันจะเกิดอะไรขึ้น
เราเรียกการจัดข้อมูลแบบนี้ว่า Delimated File และใน Octave เรามีคำสั่งที่ใช้จัดเตรียมชุดข้อมูลเพื่อพล็อตแบบนี้โดยใช้คำสั่ง dlmwrite ครับ เช่นถ้าเราต้องการพล็อตแกน x เป็นความถี่ในเวคเตอร์ f ขนาด 100x1 และแกน y เป็นความหนาแน่นสเปคตรัมกำลัง (Power Spectrum Density) P ขนาด 100x1 เช่นกัน เราจะใช้คำสั่ง dlmwrite สร้างแฟ้มข้อมูลที่ใช้กับ plotdrop ได้ดังนี้
octave> dlmwrite('mydlmfile.dlm',[f P]," ");
นี้หมายความว่า เราส่งข้อมูล f และ P ไปในเมตริกซ์เดียวกัน ส่งเข้าไปในแฟ้มข้อความธรรมดาชื่อ mydlmfile.dlm โดยที่ระหว่างข้อมูล f และ P จะคั่นด้วย Space (" ") เช่นถ้า
octave> f = [0 10 20 30]';
octave> P = [12 15 10 5]';
หน้าตาของแฟ้มข้อมูล mydlmfile.dlm จะเป็น
0 12
10 15
20 10
30 50
เราสามารถลากแฟ้มนี้ไปวางในพื้นที่ว่างในรูปข้างบนได้เลย หรือจะเรียกใช้คำสั่ง Series => Add File ... ก็ได้ เมื่อเราส่งข้อมูลให้ plotdrop ได้แล้ว เราสามารถ
  • เติมหัวเรื่อง ฉลากแกน x และฉลากแกน y ได้ในแท็ป Caption (แท็ปที่ 1)
  • เปลี่ยนขอบเขตของ x และ y ได้ในแท็ป Limits (แท็ปที่ 2)
  • เปลี่ยนหน้าตาการแสดงผลเช่น เป็นลอการิธึมในแกน x เป็นลอการิธึมในแกน y มีกริด ไม่มีกริด ฯลฯ ได้ในแท็ป Appreance (แท็ปที่ 3)
  • เพิ่มคำสั่งอื่น ๆ ในในแท็ปที่ 4 ผมยังไม่รู้ว่ามีคำสั่งพิเศษอะไรที่ใช้ได้บ้าง ตอนนี้ยังไม่จำเป็นเลยไม่ได้สนใจ
เมื่อเราเตรียมข้อมูลใน plotdrop แล้ว เราสามารถพล็อตกราฟดูได้ทันที หากเราพอใจและต้องการจะนำกราฟไปใช้ในเอกสารอื่น ๆ สามารถเก็บพล็อตลงแฟ้มได้โดย Plot => Plot to File ... ซึ่งผู้ใช้สามารถเลือกรูปแบบของแฟ้มส่งออกได้หลากหลายเช่น EPS PS LaTeX SVG PNG และอื่น ๆ สำหรับผมถ้าจะเอามาใช้กับ LibreOffice ผมก็ใช้แฟ้ม PNG นี่แหละครับ ง่ายดี

ผมพบว่าโปรแกรม plotdrop ตัวนี้ใช้ง่ายดี ช่วยให้ผมพล็อตกราฟจาก Octave เพื่อไปใช้ต่อในงานเอกสารอื่น ๆ ได้ง่าย เราสามารถเติม Caption ต่าง ๆ ได้สะดวก พล็อตดูได้ก่อน ถ้าชอบค่อยจัดลงแฟ้ม อย่างไรก็ตาม จากการทดลองใช้พบว่าในส่วนของ Caption ต่าง ๆ ยังไม่รองรับภาษาไทยครับ หากกรอกภาษาไทยลงไป เวลาพล็อตผมจะเห็นเป็นตัวเหลื่ยม ๆ แบบนี้ [] ทุกตัวอักษรไป ถ้ารองรับภาษาไทยด้วยคงจะดี

หากใครใช้แล้วมีเทคนิคอะไรจะมาแบ่งกัน ก็อย่าลืมมาบอกกันนะครับ

วันเสาร์ที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2554

แนวคิดใหม่ (ใหม่สำหรับผม) สำหรับโปรแกรมเกี่ยวกับดนตรีไทย

ผมเคยมีแนวคิด (ผมไม่ใช่คนแรกที่คิด) ที่จะพัฒนาโปรแกรมที่สามารถช่วยงานนักดนตรีไทย ให้ประพันธ์เพลงไทยได้สะดวกขึ้นดังแสดงไว้ที่ ห้องทำงาน ในตอนนั้นความรู้ภาษาไพธอนก็มีนิดเดียว ความเข้าใจเรื่องเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในงานดนตรีก็มีไม่มาก

หลังจากที่ได้รู้จักกับ Chuck ที่นำเสนอไว้ในบล๊อกก่อนหน้านี้ ก็พบว่าการเขียนโค้ดไพธอนใหม่เพื่อรับผิดชอบงานทั้งหมดตั้งแต่การเขียนเพลงไปจนถึงบรรเลงเพลงดูจะเป็นงานซ้ำซ้อน (Rebuilding the wheel) โดยเฉพาะการเขียนโค้ดไพธอนให้บรรเลงเพลงได้หลาย ๆ เสียงพร้อมกัน (Concerent Programming) ซึ่งเคยมีคนทำแล้วด้วยซ้ำโดยใช้ภาษาจาวา

เมื่อใตร่ตรองดูแล้วพบว่าปัจจุบันเรามีเทคโนโลยีที่จัดการเรื่องเหล่านี้อยู่แล้ว นั่นก็คือเทคโนโลยี MIDI หมายความว่า หากเราแปลงให้เพลงไทยที่จะประพันธ์โดยใช้โน้ตไทยให้กลายเป็นแฟ้ม MIDI ได้ เราสามารถมอบหมายให้ระบบสังเคราะห์เสียง MIDI รับผิดชอบการสร้างเสียงต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นเสียงสั้น เสียงยาว เสียงพร้อมกันแบบใด ๆ ก็ตาม สิ่งที่ต้องทำก็คือการสร้างระบบสังเคราะห์เสียงดนตรีไทยในระบบ MIDI ขึ้นมานั่นเอง

ในส่วนของระบบสังเคราะห์เสียงดนตรีไทยในระบบ MIDI นั้นเข้าใจว่ามีคนทำเผยแพร่อยู่มากในรูปแบบของ Soundfont จะไม่กล่าวถึงในที่นี้ แต่จะกล่าวถึงการแปลงโน้ตเพลงไทยเป็นแฟ้ม MIDI โดยใช้ไพธอนแปลงให้อยู่ในรูปโน้ต ABC และแปลงจากโน้ต ABC เป็น MIDI ในที่สุดดังนี้

*.tmn => *.abc => *.mid

นามสกุล TMN นั้นย่อมาจาก Thai Music Notation ซึ่งจะเป็นแฟ้มข้อความธรรมดาแต่มีรูปแบบการบันทึกโน้ตตามมาตรฐานของนักดนตรีไทยดังรูป
 บรรทัดแรกคือชื่อเพลง โน้ตเพลงจะเป็นแบบ 2 บรรทัดโดยให้บรรทัดแรกเป็นโน้ตสำหรับมือซ้ายและบรรทัดที่สองเป็นโน้ตสำหรับมือขวาแต่ละบรรทัดเพลงจะมี 8 ห้อง แต่ละห้องคั่นด้วยเครื่องหมาย | และเว้นหนึ่งบรรทัดเมื่อจะขึ้นบรรทัดเพลงใหม่ บันทึกแฟ้มด้วยรหัส UTF-8

ส่วนแฟ้ม ABC ก็เป็นการบันทึกโน้ตเพลงด้วยตัวอักษรเช่นเดียวกัน แต่เป็นอักษรภาษาอังกฤษ โดยให้ C = เสียงโด D = เสียงเร เรียงกันไป ระบบนี้สามารถปรับความยาวเสียงได้ รองรับเสียง # และเสียง b และเทคนิคทางดนตรีสากลอื่น ๆ เกือบครบถ้วน รายละเอียดของระบบการบันทึกโน้ตเพลงด้วยตัวอักษร ABC นี้เรียกว่า ABC Notation ตัวอย่างของแฟ้ม ABC แสดงดังรูป
ในระบบ ABC สัญลักษณ์ | หมายถึงการกั้นห้องเช่นเดียวกัน สัญลักษณ์ z หมายถึงไม่มีเสียง หากมีตัวโน้ตสองตัวอยู่ในกรอบเดียวกันเช่น [AB] หมายความว่าให้บรรเลงโน้ต ลา และ ที พร้อม ๆ กัน

ระบบการจดบันทึกเสียงดนตรีไทยของเรามีความซับซ้อนน้อยกว่า คือไม่ระบุเทคนิคการบรรเลง (เบา - ดัง) ไม่มีครึ่งเสียง # หรือ b ความยาวเสียงของแต่ละโน้ตเท่ากันหมดคือเท่ากับหนึ่งโน้ตตัวดำ (1 จังหวะ) และแต่ละห้องจะมี 4 จังหวะตายตัวเสมอ หากมีการพลิกแพลงเป็นลูกเล่นแบบใด ๆ ลูกเล่นเหล่านี้นักดนตรีมักจะเรียนกับครูโดยตรง เรียกว่าต่อเพลง หรือไม่เช่นนั้นก็พัฒนาแนวทางของตนเองขึ้นมาแบบด้นสด (Improvise) แต่จะไม่มีระบบการจดบันทึกที่เป็นมาตรฐานเดียวกัน ดังนั้นการแปลงแฟ้ม TMN ไปเป็น ABC จึงทำได้ง่าย

พื้นฐานที่ใช้คือสร้าง Empty List ขึ้นมา แล้วให้ไพธอนอ่านแฟ้ม TMN ไปทีละบรรทัด ในแต่ละบรรทัดเมื่อพบตัวอักษรก็เทียบอักษรไทยเข้ากับอักษรอังกฤษ เช่นเทียบ "ด" เป็น "C" เป็นต้น ถ้าหากตัวอักษรมีตัวเปลี่ยนขั้นเสียง เช่น ดํ จะให้หมายถึงเสียง โดสูง หรือ "c" ในระบบ ABC และ ดฺ จะให้หมายถึงเสียง โดต่ำ หรือ "C," ในระบบ ABC ดำเนินการเช่นเดียวกันกับโน้ตเพลงบรรทัดที่สอง

L1 = [];
 for i in range(len(line1)):
  if line1[i]=='|':
   L1.append('|');

  if line1[i]==':':
   L1.append(':');

  if line1[i]=='-':
   L1.append('z');

  if line1[i]==u'ด':
   if line1[i+1]==u'\u0e4d':
    L1.append('c');
   elif line1[i+1]==u'\u0e3a':
    L1.append('C,');
   else:
    L1.append('C'); 

เมื่อได้ List L1 สำหรับบรรทัดที่หนึ่งและ L2 สำหรับบรรทัดที่สองมาแล้วก็นำ List ทั้งสองมาเทียบกัน หากในจังหวะเสียงเดียวกันมีโน้ตทั้งสองบรรทัด ก็ให้บรรเลงโน้ตทั้งสองตัวพร้อมกัน ถ้ามีเพียงโน้ตตัวเดียวก็บรรเลงตัวเดียว ถ้าไม่มีโน้ตทั้งคู่ ก็ให้เงียบเสีย

L = [];
 for i in range(len(L1)):
  if L1[i]=='|':
   L.append('|');
  elif L1[i]==':':
   L.append(':');
  elif L1[i]=='z' and L2[i]=='z':
   L.append('z');
  elif L1[i]=='z' or L2[i]=='z':
   if L1[i]=='z':
    L.append(L2[i]);
   else:
    L.append(L1[i]);

  else:
   L.append('['+L1[i]+L2[i]+']');



นี่คือการแปลงโน้ตอักษรไทยไปเป็นโน้ตอักษรภาษาอังกฤษในระบบ ABC ผมตั้งชื่อโปรแกรมนี้ว่า tmn2abc (Thai Music Notation to ABC) เรียกใช้ดังนึ้

# python tmn2abc test.tmn test.abc

หลังจากนี้เราสามารถใช้เครื่องมือที่มีอยู่แล้วคือโปรแกรม abc2midi แปลงจากแฟ้ม ABC นี้ให้เป็น MIDI ได้ทันที

# abc2midi test.abc -o test.mid

สิ่งที่ต้องการจะทำเพิ่มเติมคือ
  1. รองรับระบบโน้ตบรรทัดเดียว สำหรับโน้ตซอ โน้ตขลุ่ย ฯลฯ
  2. เพิ่มการระบุชั้นเพลง คือ หนึ่งชั้น สองชั้น สามชั้น
  3. เพิ่มส่วนกำหนดเครื่องดนตรี แต่เรื่องนี้ต้องศึกษามาตรฐาน MIDI เกี่ยวกับการกำหนดช่องสัญญาณและโปรแกรมเพิ่มเติม
ก่อนหน้านี้เคยเขียนโปรแกรมนี้ไว้แล้ว แต่ตอนสำรองข้อมูลก่อนลงระบบใหม่เมื่อตอนทดสอบ Ubuntu ไม่สมบูรณ์ โปรแกรมทั้งชุดจึงหายไปหมด ตอนนี้เขียนใหม่แล้วเลยอัพโหลดไว้เสียเลย ท่านใดสนใจสามารถดูต้นฉบับโปรแกรมได้ sourceforge.net ครับ หากมีปัญหาหรือข้อแนะนำใด ๆ หากจะทิ้ง Comment ไว้ที่ Blog นี้ได้ก็จะขอขอบคุณล่วงหน้าครับ