Guide Utilisateur Megamicros v3.1

Documentation pour l'utilisation de la bibliothèque Python Megamicros v3.1
Bibliothèque de traitement pour antennes de microphones MEMS (32 à 1024 microphones)

Note : HDF5, websocket and beamforming will be available on versions >= 3.2

astuce

Pour tester et programmer, reportez vous sur les examples fournis dans les Notebooks sur le dépot Github du toolkit Python Megamicros

Introduction

Megamicros est une bibliothèque Python pour l'acquisition et le traitement de signaux depuis des antennes de microphones MEMS. La version 3.1 introduit une architecture multi-sources tout en restant 100% compatible avec le code v3.x.

Principales fonctionnalités

✅ Multi-sources : USB, fichiers H5, générateur aléatoire, WebSocket
✅ Temps réel : Acquisition asynchrone avec itération non-bloquante
✅ Beamforming : Algorithmes FDAS, OMP pour localisation acoustique
✅ Portabilité : Windows, macOS, Linux
✅ Type-safe : Configuration typée avec dataclasses

Installation

Via pip (recommandé)

pip install megamicros

Depuis le dépôt GitHub

git clone https://github.com/bimea/megamicros.git
cd megamicros
pip install -e .

Configuration USB (Linux uniquement)

Sur Linux, créez le fichier /etc/udev/rules.d/99-megamicros-devices.rules :

SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="fe27", ATTRS{idProduct}=="ac00", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="fe27", ATTRS{idProduct}=="ac01", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="fe27", ATTRS{idProduct}=="ac02", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="fe27", ATTRS{idProduct}=="ac03", MODE="0666"

Puis redémarrez le service udev ou reconnectez le périphérique.

Démarrage rapide

Acquisition temps réel (USB)

from megamicros import Megamicros

# Créer une antenne (détection automatique USB)
antenna = Megamicros()

# Configurer et démarrer l'acquisition
antenna.run(
    mems=[0, 1, 2, 3],           # Activer les MEMS 0 à 3
    sampling_frequency=50000,     # 50 kHz
    duration=10,                  # 10 secondes
    frame_length=1024             # 1024 échantillons par trame
)

# Traiter les données en temps réel
for frame in antenna:
    # frame.shape = (4, 1024)
    process(frame)

# Attendre la fin de l'acquisition
antenna.wait()

Lecture fichier H5

from megamicros import Megamicros

# Lire depuis un fichier
antenna = Megamicros(filepath='recording.h5')

antenna.run(
    mems=[0, 1, 2, 3],
    frame_length=1024
)

for frame in antenna:
    analyze(frame)

Tests sans matériel

from megamicros import Megamicros

# Générateur aléatoire (idéal pour les tests)
antenna = Megamicros()  # Aucun hardware détecté → mode aléatoire

antenna.run(
    mems=[0, 1, 2, 3],
    sampling_frequency=44100,
    duration=5
)

for frame in antenna:
    # Données aléatoires pour tester votre pipeline
    assert frame.shape == (4, 1024)

Sources de données

La v3.1 introduit un système de sources de données modulaire. Megamicros sélectionne automatiquement la source appropriée.

1. USB Hardware Source

Utilisation : Acquisition depuis matériel Megamicros (Mu32, Mu256, Mu1024)

# Détection automatique
antenna = Megamicros()

# Ou explicite
antenna = Megamicros(usb=True)

# Avec configuration USB spécifique
from megamicros import UsbConfig
usb_config = UsbConfig(
    vendor_id=0xFE27,
    product_id=0xAC03,  # Mu1024
    buffers_number=16
)
antenna = Megamicros(usb=True)

Matériel supporté :

Mu32-usb2 (Product ID: 0xAC00) - 32 MEMS
Mu32-usb3 (Product ID: 0xAC01) - 32 MEMS
Mu256 (Product ID: 0xAC02) - 256 MEMS
Mu1024 (Product ID: 0xAC03) - 1024 MEMS

2. H5 File Source

Utilisation : Lecture de fichiers MuH5 enregistrés

# Lecture simple
antenna = Megamicros(filepath='data/recording.h5')

# Avec pathlib
from pathlib import Path
antenna = Megamicros(filepath=Path('data') / 'recording.h5')

Format MuH5 :

Format HDF5 avec structure /muh5
Métadonnées : fréquence, canaux, durée
Support vidéo (optionnel)

3. Random Source

Utilisation : Génération de signaux aléatoires pour tests

# Automatique si aucun hardware/fichier
antenna = Megamicros()

# Avec graine pour reproductibilité
antenna = Megamicros(seed=42)

Cas d'usage :

Tests unitaires sans matériel
Développement d'algorithmes
Validation de pipeline de traitement

4. WebSocket Source (🚧 En développement)

Utilisation : Dispositifs distants via WebSocket

# Connexion à un périphérique distant
antenna = Megamicros(url='ws://remote-antenna.local:8080')

# Avec authentification
antenna = Megamicros(
    url='wss://secure-antenna.example.com',
    api_key='your-api-key'
)

Configuration avancée

Utilisation de AcquisitionConfig

Pour une meilleure organisation et validation, utilisez les objets de configuration :

from megamicros import Megamicros, AcquisitionConfig

# Créer une configuration
config = AcquisitionConfig(
    mems=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7],
    sampling_frequency=50000,
    frame_length=2048,
    duration=60,
    datatype='float32',
    counter=True,
    queue_size=100,
    sensibility=3.54e-6
)

# Utiliser la configuration
antenna = Megamicros()
antenna.run(**config.__dict__)

# Vérifier les valeurs calculées
print(f"Échantillons totaux : {config.total_samples}")
print(f"Nombre de trames : {config.total_frames}")
print(f"Canaux actifs : {config.active_channels}")

Types de données

int32 (par défaut)

Données brutes du convertisseur 24 bits
Plage : -2²³ à 2²³-1
Pas de conversion de sensibilité

antenna.run(mems=[0,1,2,3], datatype='int32')

float32

Conversion automatique en Pascals
Applique le facteur de sensibilité
Pratique pour analyse acoustique

antenna.run(
    mems=[0,1,2,3], 
    datatype='float32',
    sensibility=3.54e-6  # Pa/digit
)

Canal compteur

Le canal compteur permet de vérifier la continuité des données :

antenna.run(
    mems=[0, 1],
    counter=True,        # Activer le compteur
    skip_counter=False   # Inclure dans les données
)

for frame in antenna:
    # frame[0] = compteur
    # frame[1:] = MEMS
    counter_value = frame[0, 0]
    print(f"Trame #{counter_value}")

Gestion de la queue

antenna.run(
    mems=[0,1,2,3],
    queue_size=50,       # Max 50 trames en mémoire
    queue_timeout=2000   # Timeout 2s
)

# Vérifier l'état de la queue
print(f"Trames en attente : {antenna.queue_content}")
print(f"Trames perdues : {antenna.transfert_lost}")

Accumulation de frames entre acquisitions

Important : Depuis v3.1, les frames s'accumulent entre plusieurs appels à run() !

# Première acquisition
antenna.run(mems=[0,1,2,3], duration=1.0)
antenna.wait()
print(f"Après run 1 : {antenna.queue_content} trames")  # ~43 trames

# Deuxième acquisition SANS vider la queue → accumulation !
antenna.run(mems=[0,1,2,3], duration=1.0)
antenna.wait()
print(f"Après run 2 : {antenna.queue_content} trames")  # ~86 trames

# Pour repartir de zéro, utiliser clear_queue()
cleared = antenna.clear_queue()
print(f"Vidé {cleared} trames")

✅ Queue préservée entre les run() → accumulation possible
✅ wait() ne vide PAS la queue → frames disponibles après
✅ clear_queue() vide explicitement → redémarrage propre
⚠️ Si queue_size change → nouvelle queue créée (frames précédentes perdues)

API Détaillée

Classe Megamicros

class Megamicros:
    def __init__(
        self,
        usb: bool | None = None,
        filepath: str | Path | None = None,
        url: str | None = None,
        source: DataSource | None = None,
        vendor_id: int = 0xFE27,
        product_id: int = 0xAC03,
        **kwargs
    )

Méthode run()

def run(
    self,
    mems: list[int] | None = None,
    analogs: list[int] | None = None,
    sampling_frequency: int = 44100,
    frame_length: int = 1024,
    duration: float = 0,
    datatype: str = 'int32',
    counter: bool = False,
    skip_counter: bool = False,
    queue_size: int = 0,
    queue_timeout: int = 1000,
    sensibility: float = 3.54e-6,
    **kwargs
) -> Megamicros

Paramètres :

mems : Liste des MEMS actifs (défaut : tous disponibles)
analogs : Liste des canaux analogiques
sampling_frequency : Fréquence d'échantillonnage en Hz
frame_length : Nombre d'échantillons par trame
duration : Durée en secondes (0 = infini)
datatype : 'int32' ou 'float32'
counter : Activer le canal compteur
skip_counter : Exclure le compteur de la sortie
queue_size : Taille max de la queue (0 = illimité)
queue_timeout : Timeout queue en ms
sensibility : Sensibilité MEMS en Pa/digit

Retourne : self (chaînage de méthodes)

Méthode wait()

def wait(self) -> None

Bloque jusqu'à la fin de l'acquisition. Toujours appeler après itération !

Important : wait() ne vide PAS la queue. Les frames restent disponibles pour itération après wait(). Utilisez clear_queue() pour un nettoyage explicite.

Méthode stop()

def stop(self) -> None

Arrête l'acquisition prématurément.

Méthode clear_queue()

def clear_queue(self) -> int

Vide la queue et retourne le nombre de trames supprimées.

Utilisation : Appeler avant run() pour repartir de zéro (sans accumulation).

# Vider la queue avant une nouvelle acquisition
cleared = antenna.clear_queue()
print(f"Vidé {cleared} trames")

antenna.run(mems=[0,1,2], duration=1.0)

Itération

def __iter__(self) -> Iterator[np.ndarray]

Itère sur les trames de données. Chaque trame est un np.ndarray de forme (canaux, échantillons).

Propriétés

@property
def available_mems(self) -> list[int]
    """Liste des MEMS disponibles"""

@property
def available_analogs(self) -> list[int]
    """Liste des canaux analogiques disponibles"""

@property
def mems(self) -> list[int]
    """MEMS actifs"""

@property
def sampling_frequency(self) -> int
    """Fréquence d'échantillonnage"""

@property
def frame_length(self) -> int
    """Longueur de trame"""

@property
def duration(self) -> float
    """Durée d'acquisition"""

@property
def datatype(self) -> str
    """Type de données"""

@property
def running(self) -> bool
    """État d'acquisition"""

@property
def queue_content(self) -> int
    """Nombre de trames en queue"""

@property
def transfert_lost(self) -> int
    """Nombre de trames perdues"""

@property
def infos(self) -> dict
    """Informations complètes (dict)"""

Exemples d'utilisation

Exemple 1 : Enregistrement simple

from megamicros import Megamicros
import numpy as np

antenna = Megamicros()

# Acquisition de 10 secondes
antenna.run(
    mems=list(range(32)),  # Tous les MEMS
    sampling_frequency=50000,
    duration=10,
    frame_length=1024
)

# Stocker toutes les données
all_frames = []
for frame in antenna:
    all_frames.append(frame)

antenna.wait()

# Concaténer
signal = np.concatenate(all_frames, axis=1)
print(f"Signal complet : {signal.shape}")

Exemple 2 : Traitement temps réel

from megamicros import Megamicros
from scipy import signal as sp

antenna = Megamicros()

antenna.run(
    mems=[0, 1, 2, 3],
    sampling_frequency=44100,
    duration=30,
    frame_length=2048
)

# Filtre passe-bande
sos = sp.butter(4, [100, 8000], 'bandpass', fs=44100, output='sos')

for frame in antenna:
    # Filtrer chaque canal
    filtered = sp.sosfilt(sos, frame, axis=1)
    
    # Calculer l'énergie
    energy = np.mean(filtered**2, axis=1)
    print(f"Énergie : {energy}")

antenna.wait()

Exemple 3 : Analyse de fichier H5

from megamicros import Megamicros
import matplotlib.pyplot as plt

# Lire fichier
antenna = Megamicros(filepath='recording.h5')

print(f"MEMS disponibles : {antenna.available_mems}")

antenna.run(
    mems=[0],  # Un seul canal
    frame_length=4096
)

# Récupérer la première trame
frame = next(iter(antenna))

# Spectrogramme
plt.specgram(frame[0], Fs=antenna.sampling_frequency)
plt.colorbar()
plt.show()

Exemple 4 : Beamforming

from megamicros import Megamicros
from megamicros.acoustics.bmf import BeamformerFDAS
from megamicros.geometry import circle
import numpy as np

# Définir géométrie de l'antenne
mems_positions = np.array(circle(
    points_number=32,
    radius=0.175,
    height=0.0,
    angle_offset=0,
    clockwise=True
))

# Grille de localisation
x = np.linspace(-1, 1, 50)
y = np.linspace(-1, 1, 50)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
locations = np.stack([X.ravel(), Y.ravel(), np.ones(2500)], axis=1)

# Acquisition
antenna = Megamicros()
antenna.run(
    mems=list(range(32)),
    sampling_frequency=50000,
    duration=1,
    frame_length=4096
)

# Beamformer
bf = BeamformerFDAS()
bf.setMemsPosition(mems_positions)
bf.setLocations(locations)

for frame in antenna:
    # Calculer carte acoustique
    acoustic_map = bf.run(frame, method='max')
    
    # Trouver position de la source
    max_idx = np.argmax(acoustic_map)
    source_pos = locations[max_idx]
    print(f"Source détectée : {source_pos}")

antenna.wait()

Exemple 5 : Configuration réutilisable

from megamicros import Megamicros, AcquisitionConfig

# Définir configuration standard
STANDARD_CONFIG = AcquisitionConfig(
    mems=list(range(8)),
    sampling_frequency=50000,
    frame_length=2048,
    datatype='float32',
    queue_size=100
)

def acquire_and_process(duration: float):
    """Acquisition avec config standard."""
    antenna = Megamicros()
    
    # Créer config dérivée
    config = AcquisitionConfig(
        **{**STANDARD_CONFIG.__dict__, 'duration': duration}
    )
    
    antenna.run(**config.__dict__)
    
    frames = []
    for frame in antenna:
        frames.append(frame)
    
    antenna.wait()
    return np.concatenate(frames, axis=1)

# Utiliser
signal_10s = acquire_and_process(10)
signal_60s = acquire_and_process(60)

Migration depuis v3.x

Compatibilité

Bonne nouvelle : Votre code v3.x fonctionne sans modification !

# Code v3.x - fonctionne en v3.1
from megamicros import Megamicros

antenna = Megamicros()
antenna.run(mems=[0,1,2,3], sampling_frequency=50000)

for data in antenna:
    process(data)

antenna.wait()

Nouvelles fonctionnalités v3.1

1. Sources explicites

# v3.x : Uniquement USB
antenna = Megamicros()

# v3.1 : Multi-sources
antenna_usb = Megamicros(usb=True)
antenna_h5 = Megamicros(filepath='data.h5')
antenna_random = Megamicros()  # Fallback aléatoire

2. Configuration typée

# v3.x : Paramètres éparpillés
antenna.run(mems=[0,1], sampling_frequency=50000, duration=10, ...)

# v3.1 : Configuration centralisée (optionnelle)
from megamicros import AcquisitionConfig

config = AcquisitionConfig(
    mems=[0, 1],
    sampling_frequency=50000,
    duration=10
)
antenna.run(**config.__dict__)

3. Tests sans hardware

# v3.x : Nécessite hardware

# v3.1 : RandomDataSource
import pytest
from megamicros import Megamicros

def test_processing_pipeline():
    antenna = Megamicros()  # Pas de hardware requis
    antenna.run(mems=[0,1,2,3], duration=0.1)
    
    for frame in antenna:
        result = my_processing_function(frame)
        assert result.shape == (4, 1024)
    
    antenna.wait()

Méthodes dépréciées

Ces méthodes v3.x fonctionnent toujours mais sont dépréciées :

# Déprécié (v3.x)
antenna.setActiveMems([0,1,2,3])
antenna.setDuration(10)

# Préféré (v3.1)
antenna.run(mems=[0,1,2,3], duration=10)

Résolution de problèmes

Erreur : "No module named 'megamicros'"

# Vérifier l'installation
pip show megamicros

# Réinstaller
pip install --upgrade megamicros

Erreur : "LIBUSB_ERROR_ACCESS"

Linux : Configurer les règles udev (voir Installation)

Vérification :

lsusb | grep fe27
# Doit afficher le périphérique Megamicros

Erreur : "Cannot iterate in state IDLE"

Vous avez oublié d'appeler run() :

# ❌ Incorrect
antenna = Megamicros()
for frame in antenna:  # Erreur !
    pass

# ✅ Correct
antenna = Megamicros()
antenna.run(mems=[0,1,2,3])
for frame in antenna:
    pass
antenna.wait()

Perte de trames

Si antenna.transfert_lost > 0, augmentez la taille de la queue :

antenna.run(
    mems=[0,1,2,3],
    queue_size=200,  # Plus grande queue
    frame_length=512  # Ou trames plus courtes
)

Performance lente

Réduire frame_length pour diminuer la latence
Augmenter queue_size pour bufferiser
Utiliser datatype='int32' (plus rapide que float32)
Optimiser votre traitement dans la boucle

Logs de débogage

from megamicros import log

# Activer les logs détaillés
log.setLevel('DEBUG')

# Niveaux disponibles : DEBUG, INFO, WARNING, ERROR, CRITICAL

Ressources complémentaires

Documentation complète : https://readthedoc.bimea.io
Code source : https://github.com/bimea/megamicros
Exemples : Dossier notebooks/ du dépôt
Support : bruno.gas@bimea.io

Table des matières​

Introduction​

Principales fonctionnalités​

Installation​

Via pip (recommandé)​

Depuis le dépôt GitHub​

Configuration USB (Linux uniquement)​

Démarrage rapide​

Acquisition temps réel (USB)​

Lecture fichier H5​

Tests sans matériel​

Sources de données​

1. USB Hardware Source​

2. H5 File Source​

3. Random Source​

4. WebSocket Source (🚧 En développement)​

Configuration avancée​

Utilisation de AcquisitionConfig​

Types de données​

int32 (par défaut)​

float32​

Canal compteur​

Gestion de la queue​

Accumulation de frames entre acquisitions​

API Détaillée​

Classe Megamicros​

Méthode run()​

Méthode wait()​

Méthode stop()​

Méthode clear_queue()​

Itération​

Propriétés​

Exemples d'utilisation​

Exemple 1 : Enregistrement simple​

Exemple 2 : Traitement temps réel​

Exemple 3 : Analyse de fichier H5​

Exemple 4 : Beamforming​

Exemple 5 : Configuration réutilisable​

Migration depuis v3.x​

Compatibilité​

Nouvelles fonctionnalités v3.1​

1. Sources explicites​

2. Configuration typée​

3. Tests sans hardware​

Méthodes dépréciées​

Résolution de problèmes​

Erreur : "No module named 'megamicros'"​

Erreur : "LIBUSB_ERROR_ACCESS"​

Erreur : "Cannot iterate in state IDLE"​

Perte de trames​

Performance lente​

Logs de débogage​

Ressources complémentaires​