Implementación de herramientas que permitan el uso eficiente de audio en el desarrollo de aplicaciones homebrew para la Nintendo 3DS

Abstract

[ES] La Nintendo 3DS es una videoconsola portátil desarrollada por la empresa de videojuegos Nintendo. Salió al mercado en 2011 como sucesora de la videoconsola Nintendo DS, incorporando grandes mejoras de potencia de procesamiento, tratamiento de gráficos y reproducción de audio, que permiten mayor libertad y creatividad a los desarrolladores de videojuegos. Interesados en las posibilidades que esta nueva consola ofrecía, una comunidad de desarrolladores decidió crear un conjunto de herramientas libres, denominadas homebrew, para crear aplicaciones para dicha consola. Estas herramientas se ofrecen como alternativa al kit de desarrollo comercial ofrecido por Nintendo. De esta manera, cualquier persona interesada podría experimentar con la Nintendo 3DS creando sus propios juegos y utilidades sin necesidad de hardware específico o sin tener que comprar costosas licencias. A día de hoy, una gran cantidad de proyectos homebrew han sido desarrollados gracias a estas herramientas libres y están disponibles como programas de código abierto. Pese a las mejoras introducidas a esta nueva videoconsola, sigue teniendo factores limitantes a la hora de desarrollar una aplicación, uno muy importante es la cantidad de memoria disponible: 64 MB. En la memoria hay que alojar el código ejecutable de la aplicación, la memoria de las pantallas, las primitivas de gráficos, los archivos de audio y otros datos de propósito general. Por este motivo, la consola incluye hardware específico que permite usar formatos de compresión para los datos gráficos y de audio. Mientras que el kit de desarrollo oficial ofrece herramientas para la generación y carga de imagen y audio comprimido, el kit homebrew solamente presenta herramientas relacionadas con la compresión de imagen, dejando al desarrollador la responsabilidad de generar y cargar audio comprimido por su cuenta. El principal objetivo de este TFG es facilitar el uso de formatos de audio comprimido en el desarrollo de aplicaciones usando el kit homebrew para Nintendo 3DS. Para ello se desarrollará una herramienta de PC que genere la información de audio comprimida y una biblioteca de funciones que permita utilizar esa información comprimida. La herramienta de PC, con nombre cwavtool, permitirá generar archivos de audio comprimido soportados por el hardware de la consola Nintendo 3DS a partir de otros formatos de audio. La biblioteca de funciones para la consola Nintendo 3DS, con nombre libcwav, permitirá cargar y reproducir en la consola los archivos de audio generados con la herramienta anterior. El formato escogido para los archivos comprimidos es el conocido como Binary CTR Wave file format o BCWAV . Este formato es un formato binario, compacto y sencillo, usado en una gran variedad de aplicaciones comerciales de la consola Nintendo 3DS y que, a diferencia de otros archivos de audio más utilizados en los ordenadores personales como el Waveform audio file format (WAV) o el OGG, permite almacenar audio comprimido ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) reduciendo el consumo de memoria. Al ser un formato de archivo existente, hay disponible documentación previa y algunas herramientas que facilitarán la implementación de las herramientas propuestas.

[EN] The Nintendo 3DS is a portable game console developed by the video game company Nintendo. It was released in 2011 as the successor to the Nintendo DS game console, incorporating vast improvements in processing power, graphics processing and audio playback, giving game developers more freedom and creativity. Interested in the possibilities this new console offered, a community of developers decided to make a set of free tools, called homebrew, in order to create applications for said console. These tools are offered as an alternative to the commercial development kit offered by Nintendo. This way, anyone interested could experiment with the Nintendo 3DS by creating their own games and utilities without the need for specific hardware nor having to buy expensive licenses. To this date, a large number of homebrew projects have been developed thanks to these free tools and are available as open source applications. Despite the improvements made to this new game console, it is still a console with limiting factors for application development, a very important one is the amount of available memory: 64 MB. The executable code of the application, the screen buffers, the graphic primitives, the audio files and other general-purpose data have all to fit in memory. For this reason, the console includes specific hardware that allows the use of compression formats for graphics and audio data. While the official development kit offers tools for generating and loading compressed audio and image data, homebrew tools only give tools related to image compression, leaving the responsibility of generating and loading compressed audio to the developer. The main objective of this TFG is to facilitate the usage of compressed audio formats in the homebrew application development for the Nintendo 3DS. In order to do this, a PC tool to generate compressed audio information and a function library to allow the use of this compressed information will be developed. The PC tool, named cwavtool, will generate compressed audio files supported by the Nintendo 3DS hardware from other audio formats. The function library for the Nintendo 3DS console, named libcwav, will allow the audio files generated with the previous tool to be loaded and played on the console. The format chosen for the compressed files is known as Binary CTR Wave or BCWAV. This format is a binary, compact and simple format, used in a great variety of commercial applications for the Nintendo 3DS console and, unlike other common audio files used in personal computers such as the Waveform audio (WAV) file format or the (OGG) file format, BCWAV allows to store compressed ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) audio which reduces memory consumption. As it is an existing file format, there is previous documentation and some tools that will make the implementation of the proposed tools easier.

[CA] La Nintendo 3DS és una videoconsola portàtil desenvolupada per l’empresa de videojocs Nintendo. Va eixir al mercat en 2011 com a successora de la videoconsola Nintendo DS, incorporant grans millores de potència de processament, tractament de gràfics i reproducció d’àudio, que donen més llibertat i creativitat als desenvolupadors de videojocs. Interesats en les possibilitats que esta nova consola oferia, una comunitat de desenvolupadors va decidir crear un conjunt d’eines lliures, denominades homebrew, per a crear aplicacions per a esta consola. Les eines s’ofereixen com alternativa al kit de desenvolupament comercial oferit per Nintendo. D’esta manera, qualsevol persona interessada podria experimentar amb la Nintendo 3DS creant els seus propis videojocs i utilitats sense necessitat de hardware específic o sense haver de comprar costoses llicències. A dia d’avui, una gran quantitat de projectes homebrew han sigut desenvolupats gràcies a estes eines lliures i estan disponibles com programes de codi obert. A pesar de les millores introduïdes a esta nova videoconsola, encara té factors limitants a l’hora de desenvolupar una aplicació, un molt important és la quantitat de memòria disponible: 64 MB. En la memòria cal allotjar el codi executable de l’aplicació, la memòria de les pantalles, les primitives de gràfiques, els fitxers d’àudio i altres dades de propòsit general. Per aquest motiu, la consola inclou hardware específic que permet utlilitzar formats de compressió per a les dades gràfiques i d’audio. Mentres que el kit de desenvolupament oficial ofereix eines per a la generació i carga d’imatge i àudio comprimit, el kit homebrew a soles presenta eines relacionades amb la compressió d’imatge, deixant al desenvolupador la responsabilitat de generar i carregar àudio comprimit pel seu compte. El principal objectiu d’aquest TFG és facilitar l’ús de formats d’àudio comprimit en el desenvolupament d’aplicacions que fan ús del kit homebrew per a Nintendo 3DS. Per a això es desenvoluparà una eina de PC que genere la informació d’àudio comprimit i una biblioteca de funcions que permeta utilitzar aquesta informació comprimida. L’eina de PC, amb nom cwavtool, permetrà generar fitxers de audio comprimit suportats pel hardware de la consola Nintendo 3DS a partir d’altres formats d’àudio. La biblioteca de funcions per a la consola Nintendo 3DS, amb nom libcwav, permetrà carregar i reproduir a la consola els fitxers d’àudio generats amb l’eina anterior. El format escollit per als fitxers comprimits és el conegut com Binary CTR Wave file format o BCWAV. Este format és un format binari, compacte i senzill, usat en una gran varietat d’aplicacions comercials de la consola Nintendo 3DS i que, a diferència d’altres fitxers d’àudio més utlitzats en els ordinadors personals com el format Waveform audio file format (WAV) o el format OGG, permet emmagatzemar àudio comprimit ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) reduint el consum de memòria. Com és un format de fitxer existent, hi ha disponible documentació prèvia i algunes eines que facilitaran la implementació de les eines proposades.