16-битный массив байтов с прямым порядком байтов в целочисленный массив в значение в децибелах

Что я хотел бы сделать, так это узнать максимальный пиковый уровень в буфере и преобразовать его в значение в децибелах.

С физической точки зрения такой подход не имеет смысла. Хотя можно указать отдельные значения выборки по отношению к полному динамическому диапазону, вас, вероятно, больше интересует уровень звука, то есть мощность сигнала. Отдельный пик, даже если он имеет полную шкалу, несет очень мало энергии; это может вызвать очень громкий хлопающий шум из-за гармонических искажений и ограниченной полосы пропускания, но технически его плотность мощности распределена по всему ограниченному спектру полосы.

Что вам действительно нужно, так это определить значение RMS (среднеквадратичное значение). т.е.

RMS = sqrt( sum( square(samples) )/n_samples )

EDIT: Обратите внимание, что приведенное выше верно только для сигналов без части постоянного тока. Большинство аналоговых звуковых интерфейсов связаны по переменному току, так что это не проблема. Но если есть еще и DC-часть, вы должны сначала вычесть среднее значение из выборок, т.е.

RMS_DC_reject = sqrt( sum( square(samples - mean_sample) )/n_samples )

Я оставлю читателю в качестве упражнения добавить это в приведенный ниже код.

Это дает вам мощность обрабатываемых сэмплов, что вам и нужно. Вы спрашивали о децибелах. Теперь я должен спросить вас, дБ(что)? Вам нужно эталонное значение, поскольку белы (или децибелы) являются относительными (то есть сравнительными) мерами. Для цифрового сигнала полная шкала будет равна 0 дБ (FS), а нулевая линия будет -20 log10( 2^B ), где B = sampling bit depth. Для 16-битного сигнала около -96 дБ (FS).

Если мы говорим о сигнале в линии, общепринятым эталоном является мощность 1 мВт, в этом случае масштаб составляет дБ(м). Для уровня звуковой линии было определено, что полная шкала равна 1 мВт мощности сигнала, то есть тому, что среднеквадратичное значение 1 В рассеивается на резисторе 1 кОм (снова среднеквадратичное значение).

Теперь, поскольку наша полная шкала сразу определяется входной схемой, которая определяется в единицах дБ(м), вы можете позднее отобразить дБ(FS) как дБ(м) (или дБм).

Что касается фактического уровня звука, то он зависит от коэффициента усиления вашего входного усилителя и эффективности преобразования используемого микрофона.

Насколько мне известно, значение амплитуды должно быть между 0 и 32768 для PA_SAMPLE_S16LE. Но я получаю значения от 0 до 65536 до преобразования децибел. Что-то не так с моей конверсией?

Вы спрашивали о целочисленном формате со знаком. Но вы вводите значения в беззнаковое целое число. А поскольку dB_FS относится к полной шкале, не делите ее на количество бит. Для нулевого сигнала 16 бит результат должен быть около -96 дБ. В любом случае деление не имеет смысла, так как оно просто масштабирует среднеквадратичное значение в диапазоне [0; 1], но log(0) расходится до -бесконечности. Отсюда ваше if заявление. Но помните, это физика, а физика непрерывна, здесь не должно быть оператора if.

Вы должны написать это так

// even for signed values this should be 2^N
// we're going to deal with signed later
double const MAX_SIGNAL = 1 << SAMPLE_BITS;

// using double here, because float offers only 25 bits of
// distortion free dynamic range.
double accum = 0;
int const n_samples = size/2;
for (i = 0; i < size; i += 2)
{
    // put two bytes into one __signed__ integer
    int16_t val = data[i] + ((int16_t)data[i+1] << 8);

    accum += val*val;
}
accum /= n_samples;

// Since we're using signed values we need to
// double the accumulation; of course this could be
// contracted into the statement above
accum *= 2.;

float const dB_FS = -20 * log10( MAX_SIGNAL - sqrt(accum) );

Согласно простому API PulseAudio:

Использование соединения очень похоже на обычные системные вызовы read() и write(). Основное отличие состоит в том, что они называются pa_simple_read() и pa_simple_write(). Обратите внимание, что эти операции всегда блокируются.

Кажется, это означает, что возвращаемые значения очень похожи, так как нет никаких других упоминаний о возвращаемом значении pa_simple_read в каких-либо разумных местах. Вот что говорится в руководстве opengroup read():

После успешного завершения read()... должна возвращать неотрицательное целое число, указывающее количество фактически прочитанных байтов.

Предположим, что pa_simple_read возвращает значение меньше sizeof buffer, ваша функция loop_write будет использовать неинициализированные значения. Это неопределенное поведение. Я предлагаю сохранить возвращаемое значение pa_simple_read и передать его в loop_write вместо sizeof(buf) после проверки на наличие ошибок.

Предположим, что значение, переданное в pa_simple_read, является нечетным числом, ваш loop_write будет использовать неинициализированное значение на последней итерации. Возможно, чтобы противостоять этому, вы могли бы изменить свой цикл на: for (i = 1; i < size; i += 2) и ваше объявление/инициализацию val на: uint16_t val = data[i-1] + ((uint32_t)data[i] << 8);

Я хотел бы выразить благодарность mtrw за то, что он помог мне прийти к такому выводу.