AHI - univerzální zvukový systém pro Amigu

Co je AHI a proč vlastně vzniklo

AHI (často mylně rozšiřované jako Audio Hardware Interface, správně však jednoduše AHI audio system) je univerzální zvukové rozhraní pro AmigaOS. Vzniklo v polovině 90. let jako obdobná myšlenka, jakou představoval systém CyberGraphX pro grafiku - tedy vrstva ovladačů, která umožní jednotnou podporu různých zvukových zařízení​.

Právě pomocí AHI mohou programy podporující tento systém přehrávat i nahrávat zvuk na libovolném kompatibilním hardwaru (od původního zákaznického čipu Paula až po různé zvukové karty) bez toho, aby se musely starat o detaily konkrétního zařízení.

AHI vytvořil švédský programátor Martin Blom v polovině 90. let. První oficiální verze AHI vyšla až v roce 1996. Martin Blom se do vývoje pustil, protože firma Commodore (ani její nástupci) nikdy nepřipravila modernější zvukový subsystém pro Amigu. Výsledkem je AHI - a už krátce po svém uvedení se stalo de facto standardem, který významně rozšířil zvukové možnosti Amigy.

AHI audio system 6.0

Pohled samotného autora: Martin Blom o vzniku AHI

V rozhovoru pro magazín Obligement pak Martin Blom popsal, že nápad na AHI vznikl zcela z osobní potřeby. Vlastnil tehdy Amigu 1200 s turbokartou Blizzard 1230 a zvukovou kartou Toccata. Překvapilo ho, jak malá byla reálná podpora těchto zvukových karet ve stávajícím softwaru. Hudební přehrávače i hry stále používaly výhradně jen původní čip Paula, a tak potenciál zvukové karty zůstal z velké části nevyužitý.

„Chtěl jsem mít systém, kde si každá aplikace bude moci vybrat zvukové zařízení bez potřeby úprav programu. Takový systém prostě neexistoval. Tak jsem si řekl: 'Dobrá, napíšu si ho sám.'“
- Martin Blom

Martin Blom zpočátku psal AHI jen pro vlastní potřebu, bez ambice jej zveřejnit. Až později ho začal poskytovat i ostatním uživatelům. Vzpomíná, že původní verze AHI byla poměrně jednoduchá, ale brzy přišly požadavky na jeho rozšíření - například na podporu vstupu (nahrávání), vyšší kvality zvuku nebo softwarového mixování více kanálů.

Rozhovor vedený Johanem Forsbergem a výňatek z AmigaRulez v květnu 2002.

Martin Blom také přiznal, že název "AHI" vznikl náhodou:

"Měl jsem původně na mysli 'Audio Hardware Interface', ale to nebylo nikdy oficiálně stanoveno. Vlastně to bylo jen krátké jméno, které dobře znělo."

V komunitě se však "Audio Hardware Interface" začalo používat jako vysvětlení, byť nikdy nebylo v dokumentaci oficiálně potvrzeno.

Přínos AHI pro AmigaOS 3.x

Původní Amiga z poloviny 80. let obsahuje zákaznický čip Paula se čtyřmi hardwarovými zvukovými kanály (dvěma pro levý a dvěma pro pravý stereo výstup), maximálně 8-bitovým rozlišením a vzorkovací frekvencí zhruba 22 až 28 kHz. Tato specifikace byla na svou dobu revoluční, ale v 90. letech už začala pomalu zastarávat. Objevily se sice zvukové karty pro Zorro sloty (např. Toccata, Delfina, Prelude aj.), jenže bez jednotného API je dokázal využít jen speciálně napsaný software. Pro běžného uživatele Amigy tak přídavná zvuková karta měla dříve jen hodně omezené využití.

AHI na AmigaOS 3.x tento problém vyřešilo. Jedná se o nadstavbový systém, který bylo možné doinstalovat (zdarma jako freeware) na systémy od Kickstartu / AmigaOS 3.0 a vyšší​. AHI zavedlo standardizované zvukové zvuku, díky nimž jakýkoli program podporující AHI umí přehrávat zvuk na jakémkoli zařízení, pro které existuje AHI driver. Prakticky to znamená, že např. modulární hudební přehrávač nebo hra mohly stejným kódem poslat zvuk na původní 8-bitovou Paulu, nebo na 16-bitovou zvukovou kartu - podle toho, co má uživatel v systému.

AHI také poskytlo unifikované funkce pro záznam (audio input), takže pokud Amiga měla sampler nebo zvukovou kartu se vstupem, mohly jej AHI kompatibilní programy snadno využít. Kromě toho AHI umožnilo softwarové mixování více zvukových kanálů - tím překonalo pevný limit čtyř kanálů čipu Paula​. V reálném čase dokáže AHI míchat až 128 zvukových stop (virtuálních kanálů) současně​, podle výkonu procesoru nebo dostupnosti DSP na kartě. Díky tomu znějí AHI aplikace i na staré Amize mnohem bohatěji (například přehrávač modulů není omezen jen na čtyřhlasé trackery, může míchat i desítky samplů najednou). AHI podporuje i větší bitové hloubky - umí pracovat jak s 8-bitovými, tak 16-bitovými vzorky​ a interně dokáže míchat i v 32-bitové kvalitě (při off-line renderování do souboru). To je obrovský kvalitativní posun oproti původnímu audio systému Amigy.

Ve výsledku AHI výrazně prodloužilo životnost klasických Amig. Uživatelé si mohli pořídit zvukovou kartu a díky AHI ji skutečně využít v řadě programů - od hudebních přehrávačů, přes nahrávací software, až po hry. AHI se stalo natolik populární, že bylo nakonec zařazeno i do oficiálního systému. Například AmigaOS 3.9 (2000) již obsahuje AHI přímo na instalačním CD a integruje jej do systémových preferencí.

AHI v AmigaOS 4.x a novějších systémech

AmigaOS 4.x (pro počítače s procesorem PowerPC) už nemá původní zákaznický čip Paula a proto se zcela spoléhá na AHI jako hlavní zvukový subsystém. AHI je v OS4 integrováno přímo v systému a stará se o obsluhu moderních audio zařízení, podobně jako to dělají ovladače ve Windows nebo Linuxu. V praxi to znamená, že uživatel AmigaOS 4.x může použít běžné PCI nebo integrované zvukové karty (např. AC97, HD Audio, SoundBlaster apod.) a veškerý software komunikuje s těmito zařízeními právě přes AHI. Programy napsané pro AHI tak fungují i na OS4 beze změny - stále používají stejné API jako na OS3.x, jen OS4 pod tím má novější nativní ovladače pro konkrétní hardware.

Kromě AmigaOS 4 našel AHI uplatnění i v alternativních Amiga systémech. Například MorphOS (PowerPC systém pro Pegasos a další new-gen „Amigy“) i open-source AROS implementují AHI jako svůj zvukový systém​. To opět přispívá k unifikaci - vývojáři mohou psát audio funkce jednou a fungují napříč více platformami. Pro běžného uživatele to znamená, že moderní programy pro Amigu (či klony) mají zvuk řešen transparentně - nemusí řešit ruční konfiguraci každého jednotlivého programu pro konkrétní kartu.

Výhody oproti původnímu zvukovému systému

Shrňme si hlavní výhody AHI ve srovnání s původním audio systémem Amigy:

Podpora různých zařízení

Původní audio.device ovladač uměl pracovat pouze se zákaznickým čipem Paula. AHI naproti tomu podporuje jak Paulu, tak širokou paletu zvukových karet (Toccata, Delfina DSP, Prelude, Melody, a mnohé další), případně i jiná výstupní média (viz Filesave režim níže). Program využívající AHI tedy nemusí nic vědět o konkrétní zvukovce, AHI vše zařídí. To umožnilo plné využití přídavných karet v praxi.

Více zvukových kanálů

Díky softwarovému mixování není aplikace omezena na 4 kanály jako u čipu Paula. AHI poskytuje virtuální mixpult, který umí sloučit mnoho samplů dohromady. Prakticky tak můžou hry a přehrávače přehrávat více samplů naráz (hudba, efekty, řeč) bez umlčování jiných kanálů.

Vyšší kvalita zvuku

AHI přináší podporu 16-bitového zvuku (CD kvalita) a vyšších vzorkovacích frekvencí (teoreticky až 96 kHz, ač na slabém procesoru reálně spíše do 48 kHz). Umožňuje dokonce unikátní trik pro původní Amigy - 14-bitový zvuk na čipu Paula. Toho dosahuje kombinací dvou 8-bitových kanálů s odlišnými úrovněmi hlasitosti, čímž se efektivně rozšíří dynamický rozsah zvuku. Subjektivně pak hudba přehrávaná přes AHI zní čistěji a méně hranatě než přímý 8-bitový výstup čipu Paula.

Standardizovaný vstup

AHI zahrnuje i ovladače pro záznam (audio input). Umožňuje nahrávat zvuk z line-in / mikrofonu na zvukových kartách nebo přes jednoduché 8-bitové samplery na paralelním portu (ty byly populární např. u Amigy 500). Dříve každý nahrávací program musel podporovat daný hardware zvlášť. S AHI stačí, aby podporoval AHI a uživatel může nahrávat na libovolném podporovaném zařízení.

Rozšiřitelnost a aktualizace

AHI je modulární - nové ovladače lze doplňovat (např. když vyšla nová zvuková karta, stačilo dohrát příslušný .audio driver do systému). Systém AHI prošel vývojem do verze 6 a komunitou je nadále udržován. Původní audio.device Amigy naproti tomu nebyl od 80. let zásadně aktualizován.

Zvukové režimy AHI (audio módy a „deskriptory“)

Z technického pohledu pracuje AHI se zvukovými módy (mode descriptors). To si lze představit jako předdefinované profily pro jednotlivé kombinace hardware + kvalita zvuku. Každý ovladač (driver) dodá do systému jeden nebo více módů, které pak může uživatel nebo program zvolit. Běžný uživatel se s těmito módy setká především v nastavení AHI (viz níže) nebo v některých aplikacích, které dovolují volbu zvukového výstupu. Módy jsou pojmenovány tak, aby bylo jasné, jaký výstup a kvalitu představují.

Například ovladač pro Paulu (interní čip) typicky nabízí několik módů:

• Paula: 8 bit stereo - Základní režim, odpovídá původnímu 8-bitovému zvuku Amigy (4 kanály / stereo). Využívá minimální procesorový čas, kvalita zvuku je stejná jako přes audio.device.
• Paula: 14 bit stereo++ - Využívá trik se dvěma kanály (Stereo++ označuje, že jeden kanál zvuku zabere dvě hardwarové stopy) k dosažení 14-bitového výstupu. Výsledkem je výrazně lepší rozlišení zvuku (jemnější tiché pasáže), ale za cenu zvýšené zátěže procesoru a spotřebování všech čtyř kanálů pro stereo výstup. Tento režim oceníte při přehrávání hudby, pokud máte dostatečně rychlý procesor.
• Paula: 14 bit stereo++ (kalibrovaný) - Varianta 14-bitového režimu, která navíc používá kalibraci výstupu čipu Paula pro ještě přesnější nastavení úrovní hlasitosti. Ještě o něco kvalitnější, avšak nejvíce zatěžuje procesor. Kalibrace se provádí při instalaci ovladače a zjišťuje drobné odchylky v analogové části čipu Paula, aby je AHI mohlo kompenzovat.

Podobně ovladače zvukových karet mívají své módy. Ty obvykle zahrnují 16-bitového stereo výstupu (případně i 8-bitového pro kompatibilitu) a různé možnosti frekvence. Například karta Delfina DSP podporuje 16-bit/44kHz stereo a protože má vlastní DSP, AHI může využít režim, kde míchání probíhá na kartě (procesor se méně zatíží​). Některé ovladače také nabízejí „Fast“ vs. „HiFi“ módy - to označuje kompromis mezi zátěží a kvalitou. HiFi režimy většinou používají vyšší kvalitu míchání (např. interpolaci mezi vzorky pro hladší zvuk), zatímco Fast režimy mohou vypnout některé pokročilé techniky, aby šetřily procesor, za cenu mírně horší kvality (například mohou znít nepatrně ostřeji nebo bez stereo rozšíření). Běžný uživatel zpravidla zvolí HiFi módy pro poslech hudby na výkonnějším stroji, a Fast módy může použít třeba u her na slabší konfiguraci, kde je důležité šetřit výkon.

Zvláštním druhem „módu“ je Filesave - ten místo přehrávání do audio zařízení ukládá smíchaný zvuk do souboru. Můžete tak snadno vyexportovat audio výstup aplikace do formátu WAV / AIFF. Využívá se to zřídka (typicky pro převod hudby do samplu), ale je to užitečné např. pro hudebníky, kteří chtějí svůj modul nebo skladbu z Amigy uložit do standardního formátu. U Filesave módu AHI nehraje v reálném čase, takže dovoluje i velmi vysoké kvality (klidně 96 kHz / 16-bit stereo) - mixuje tak rychle, jak to procesor zvládne a výsledek uloží na disk.

Nastavení a konfigurace AHI (AHI Prefs)

Konfigurace AHI se provádí pomocí systémového programu AHI Preferences (zkráceně AHI Prefs). Jde o standardní preferenční editor, ve kterém si uživatel zvolí výstupní režimy pro jednotlivé “jednotky” AHI. AHI totiž rozlišuje několik tzv. Unit (jednotek) - představit si je můžeme jako několik nezávislých virtuálních zvukových výstupů. Proč jich mít více? Můžeme tak například směřovat hudbu a efekty do různých zařízení, nebo mít oddělené nastavení pro různé typy aplikací.

• Hudební jednotka Hudební jednotka
• Jednotka 0 Jednotka 0
• Pro pokročilé Pro pokročilé
•  

Nejdůležitější je Music Unit (hudební jednotka) - tu využívá většina hudebních programů (přehrávače MP3, modulární přehrávače apod.). Dále existují Unit 0, Unit 1 atd. (typicky do Unit 3) pro ostatní použití. Uživatel si v AHI Prefs může pro každou jednotku nastavit jiný výstupní mód. Například lze nastavit Music Unit = zvuková karta (16-bit HiFi mód) a zároveň Unit 0 - Paula 8-bit (aby systémové zvuky nebo starší software použil základní výstup). Každá jednotka má v preferencích vlastní záložku, kde se vybere mód ze seznamu dostupného hardware a kvality. Po výběru stačí nastavení uložit (Save) - od té chvíle budou všechny aplikace používající danou jednotku hrát zvuk přes zvolený výstup.

Kromě volby samotného módu (zařízení / kvality) obsahuje nastavení AHI i pokročilé volby. V Options pro daný mód lze zvolit například vzorkovací frekvenci (pokud jich mód podporuje více - např. u Paula lze vybrat 11, 22 nebo 28 kHz, u zvukových karet 44.1 či 48 kHz atd.), přepnout mono / stereo, upravit úroveň hlasitosti levého a pravého kanálu (balance), případně vybrat konkrétní fyzický výstup karty (např. zda zvukovka pošle zvuk do line-out nebo sluchátkového výstupu, pokud to driver umožňuje).

Na kartě Advanced settings najdeme globální volby AHI platné pro všechny jednotky. Patří mezi ně například nastavení Master Volume (hlavní hlasitost celého AHI mixu, s volbou, zda při přetečení provádět ořez - clipping - nebo ne), dále možnost zapnout efekty jako Echo (ozvěna) či Surround u Fast módů pro prostorovější zvuk, a v neposlední řadě nastavení CPU usage limit. Limit využití CPU určuje, kolik procesorového času smí AHI max. spotřebovat - při 100% využije vše potřebné pro nejlepší kvalitu, ale lze jej snížit, což AHI přiměje vynechat nekritické úkoly (např. snížit kvalitu interpolace) ve prospěch výkonu systému. Pro běžné použití se nechává 100%, ale na pomalejších Amigách lze ubrat, pokud při náročném zvuku „nestíhá“ celý systém.

Jak ověřit funkčnost? Po nastavení AHI je vhodné jej otestovat. AHI Prefs v novějších verzích nabízí tlačítko Use (Použít) pro dočasné použití nastavení - můžete tak zkusit přehrát zvuk v nějaké aplikaci a ověřit, že vše hraje správně, než nastavení uložíte nastálo. Některé verze AHI Prefs či ovladačů mají i testovací tón. Pokud ne, lze jednoduše spustit libovolný AHI - kompatibilní přehrávač (např. systémový MultiView s datatype pro audio, nebo specializovaný hudební přehrávač) a zkusit přehrát zvukový soubor. Správně nastavené AHI se projeví tím, že zvuk vychází z očekávaného zařízení v odpovídající kvalitě. V opačném případě stojí za kontrolu, zda daný program opravdu používá AHI (některé starší mohou stále výstup posílat přímo na Paulu přes audio.device) - pak by bylo třeba v daném programu vybrat výstup „AHI“ nebo „Unit 0 / Music“ apod., pokud tu volbu nabízí.

Příklady využití AHI v praxi

Z pohledu uživatele přineslo AHI širší možnosti zvuku napříč celým systémem. Brzy po uvedení AHI vyšla aktualizace mnoha populárních programů, které přidaly jeho podporu​. Uveďme několik příkladů, jak AHI pomáhá v praxi:

Přehrávače hudby

Mnoho audio přehrávačů a trackerů začalo využívat AHI. Například HippoPlayer (oblíbený mod tracker přehrávač) má v nastavení volbu, aby moduly byly přehrávány přes AHI - uživatel si zvolí preferovaný zvukový mód a HippoPlayer pak hraje ve vyšší kvalitě nebo přes zvukovou kartu. DeliTracker dostal AHI noteplayer modul, díky kterému většina modulů hraných přes něj využije AHI místo Pauly (což řeší i podporu zvukových karet). Přehrávač samplů Play16 zase umožnil volit AHI mód buď parametrem z příkazové řádky, nebo v GUI pomocí requesteru, který nabídne dostupné módy. Později se objevily i MP3 přehrávače jako AmigaAMP či Amplifier, které rovněž umí posílat dekódovaný zvuk do AHI - díky tomu si můžete vychutnat MP3 ve 16-bitové stereo kvalitě na starší Amize s vhodnou zvukovkou.

Hry

Klasické hry z éry Commodore samozřejmě AHI nevyužívaly (neexistovalo), ale řada pozdějších titulů či fanouškovských portů ano. Například některé nové hry kolem roku 2000 už měly podporu AHI, aby běžely kdekoli - příkladem je City Builder, strategická hra ve stylu Oil Imperium, která byla inzerována s podporou jak RTG (CyberGraphX), tak AHI, což jí umožnilo fungovat na různých konfiguracích​. V novější době, na AmigaOS 4 či MorphOS, prakticky všechny hry využívají AHI - například porty her Doom, Quake II a další 3D tituly na Amize používají AHI pro přehrávání zvuků i hudby, takže fungují s interním audio i s externími USB / PCI zvukovkami. Uživatel tak nemusí nic řešit - hra zkrátka hraje zvuk správně tam, kam má.

Softwarové syntetizéry a audio aplikace

AHI našlo uplatnění i v kreativním softwaru. Například programy pro harddiskový záznam a střih zvuku - jmenujme třeba SoundFX (pokročilý editor samplů) - začaly experimentálně podporovat AHI pro přehrávání zvuku přímo z editační plochy. To znamenalo možnost slyšet editovaný zvuk ve vyšší kvalitě nebo skrz jiný výstup, než jen Paula (byť zpočátku byly tyto implementace beta a občas padaly). Nahrávací software jako HDRec či MUI Hard Disk Recording používal AHI pro ukládání přímo na disk i s vyššími frekvencemi (tzv. harddisk recording). Dokonce i emulátor ShapeShifter začal od verze 3.6 využívat AHI - díky tomu mohl emulovaný Mac OS přehrávat zvuk přes jakoukoli zvukovou kartu v Amize. To vše přispělo k tomu, že Amiga mohla držet krok s požadavky na kvalitní zvuk i v době, kdy už standardem byly 16-bitové zvukovky na PC.

Závěrem

AHI přineslo do světa Amigy revoluci v oblasti zvuku. Umožnilo běžným uživatelům využít moderní audio hardware a posunout kvalitu výstupu o úroveň výš, aniž by se museli vzdát oblíbeného softwaru - ten prostě díky AHI začal znít lépe a na více zařízeních. Dnes je AHI nedílnou součástí AmigaOS (a dalších následovníků) a pojem „AHI kompatibilní“ je zárukou, že si zvuk z Amigy vychutnáte podle svých představ. Od skromných začátků v roce 1996 se AHI stalo standardem, který rozšiřuje možnosti legendárního amigáckého zvuku do 21. století.

AHI je krásným příkladem toho, jak komunita dokázala vlastními silami překonat omezení původního systému. Pro uživatele Amigy znamená jednoduše to, že jeho Amiga může hrát tak dobře, jak jen to jde - ať už využije původní zvukový čip, nebo nejnovější zvukovou kartu, AHI se postará, aby výsledek stál za to.

AHI je dodnes ke stažení zdarma (např. na Aminetu) a jeho poslední verze jsou k dispozici i pro MorphOS a AROS. Pokračující podpora dokazuje, že kvalitní zvuk je pro uživatele Amigy stále prioritou - a AHI zůstává klíčovým nástrojem, jak toho dosáhnout.