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vany5921 发表于 2020-1-5 22:34

【搬运】M5StickC+SPK HAT进行录放音实验

本项目使用连接到M5StickC的扬声器HAT播放声音，在按下主屏幕按钮的同时进行录音，然后通过按下右按钮进行播放，记录的数据为带符号的16位（12位精度），但是播放数据的格式与无符号的8位格式不同，因此有点困难，但是在记录时它以8位存储。内置M5StickC的I2S麦克风的记录数据是16位带符号的，因此以2字节为单位发送。尽管精度似乎是12位，但实际数据是16位，ESP32 DAC输出8位。从0到255，127应该是静音。记录的精度为12位，回放的精度为8位，因此内部存储的数据也调整为8位。我认为将其输出到外部时可以节省16位，但是我认为即使在8位中音质也几乎不会改变，因为麦克风的性能并不是很高。但是，如果查看记录的数据，则数据会稍微向下偏移。即使检查了静音状态，我的终端也会被记录为负偏移。以下代码为实验性，不是最终代码，增益和偏移量还需要进行测试调整，找到最佳数值。原文地址https://lang-ship.com/blog/?p=946#include <M5StickC.h>#include <driver/i2s.h>
#define htonl(x) ( ((x)<<24 & 0xFF000000UL) | \
                   ((x)<< 8 & 0x00FF0000UL) | \
                   ((x)>> 8 & 0x0000FF00UL) | \
                   ((x)>>24 & 0x000000FFUL) )

#define PIN_CLK       (0)         // I2S Clock PIN
#define PIN_DATA      (34)          // I2S Data PIN
#define SAMPLING_RATE (16384)       // サンプリングレート(44100, 22050, 16384, more...)
#define BUFFER_LEN    (1024)      // バッファサイズ
#define STORAGE_LEN   (102400)      // 本体保存容量(MAX 100K前後)

#define WAVE_EXPORT   (0)         // WAVEファイルに出力するか


uint8_t soundBuffer;    // DMA転送バッファ
uint8_t soundStorage;// サウンドデータ保存領域

bool recFlag = false;               // 録音状態
int recPos = 0;                     // 録音の長さ

// 録音をする
void i2sRecord() {
// 録音用設定
i2s_config_t i2s_config = {
    .mode               = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX | I2S_MODE_PDM),
    .sample_rate          = SAMPLING_RATE,
    .bits_per_sample      = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
    .channel_format       = I2S_CHANNEL_FMT_ALL_RIGHT,
    .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S,
    .intr_alloc_flags   = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
    .dma_buf_count      = 2,
    .dma_buf_len          = BUFFER_LEN,
    .use_apll             = false,
    .tx_desc_auto_clear   = true,
    .fixed_mclk         = 0,
};

// PIN設定
i2s_pin_config_t pin_config;
pin_config.bck_io_num   = I2S_PIN_NO_CHANGE;
pin_config.ws_io_num    = PIN_CLK;
pin_config.data_out_num = I2S_PIN_NO_CHANGE;
pin_config.data_in_num= PIN_DATA;

// 録音設定実施
i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL);
i2s_set_pin(I2S_NUM_0, &pin_config);
i2s_set_clk(I2S_NUM_0, SAMPLING_RATE, I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT, I2S_CHANNEL_MONO);

// 録音開始
recFlag = true;
xTaskCreatePinnedToCore(i2sRecordTask, "i2sRecordTask", 2048, NULL, 1, NULL, 1);
}

// 再生をする
void i2sPlay(){
// 再生設定
i2s_config_t i2s_config = {
    .mode               = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX | I2S_MODE_DAC_BUILT_IN),
    .sample_rate          = SAMPLING_RATE,
    .bits_per_sample      = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
    .channel_format       = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
    .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB,
    .intr_alloc_flags   = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
    .dma_buf_count      = 2,
    .dma_buf_len          = BUFFER_LEN,
    .use_apll             = false,
    .tx_desc_auto_clear   = true,
    .fixed_mclk         = 0,
};

// 再生設定実施
i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL);
i2s_set_pin(I2S_NUM_0, NULL);
i2s_zero_dma_buffer(I2S_NUM_0);

// 再生
size_t transBytes;
size_t playPos = 0;
while( playPos < recPos ){
    for( int i = 0 ; i < BUFFER_LEN ; i+=2 ){
      soundBuffer = 0;                         // 下位8ビットは無視される
      soundBuffer = soundStorage;   // 上位8ビットにuint8_tのデータを入れる
      playPos++;
    }

    // データ転送
    i2s_write(I2S_NUM_0, (char*)soundBuffer, BUFFER_LEN, &transBytes, (100 / portTICK_RATE_MS));
    Serial.println(playPos);
}

// 後始末
i2s_zero_dma_buffer(I2S_NUM_0);
i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0);
}

// 録音用タスク
void i2sRecordTask(void* arg)
{
// 初期化
recPos = 0;
memset(soundStorage, 0, sizeof(soundStorage));

// 録音処理
while (recFlag) {
    size_t transBytes;

    // I2Sからデータ取得
    i2s_read(I2S_NUM_0, (char*)soundBuffer, BUFFER_LEN, &transBytes, (100 / portTICK_RATE_MS));

    // int16_t(12bit精度)をuint8_tに変換
    for (int i = 0 ; i < transBytes ; i += 2 ) {
      if ( recPos < STORAGE_LEN ) {
      int16_t* val = (int16_t*)&soundBuffer;
      soundStorage = ( *val + 32768 ) / 256;
      recPos++;
      }
    }
    Serial.printf("transBytes = %d, STORAGE_LEN=%d, recPos=%d\n", transBytes, STORAGE_LEN, recPos);
    vTaskDelay(1 / portTICK_RATE_MS);
}

i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0);

// タスク削除
vTaskDelete(NULL);
}

void setup() {
M5.begin();
M5.Lcd.setRotation(3);
M5.Lcd.fillScreen(WHITE);
M5.Lcd.setTextColor(BLACK, WHITE);
M5.Lcd.println("Sound Recorder");
M5.Lcd.println("BtnA Record");
M5.Lcd.println("BtnB Play");
}

void loop() {
M5.update();

if ( M5.BtnA.wasPressed() ) {
    // 録音スタート
    M5.Lcd.setCursor(0, 24);
    M5.Lcd.println("REC...");
    Serial.println("Record Start");
    i2sRecord();
} else if ( M5.BtnA.wasReleased() ) {
    // 録音ストップ
    M5.Lcd.setCursor(0, 24);
    M5.Lcd.println("      ");
    recFlag = false;
    delay(100); // 録音終了まで待つ

    Serial.println("Record Stop");

    // WAVEファイルをシリアルに出力
    if ( WAVE_EXPORT ) {
      Serial.printf("52494646");                        // RIFFヘッダ
      Serial.printf("%08lx", htonl(recPos + 44 - 8));   // 総データサイズ+44(チャンクサイズ)-8(ヘッダサイズ)
      Serial.printf("57415645");                        // WAVEヘッダ
      Serial.printf("666D7420");                        // フォーマットチャンク
      Serial.printf("10000000");                        // フォーマットサイズ
      Serial.printf("0100");                            // フォーマットコード
      Serial.printf("0100");                            // チャンネル数
      Serial.printf("%08lx", htonl(SAMPLING_RATE));   // サンプリングレート
      Serial.printf("%08lx", htonl(SAMPLING_RATE));   // バイト／秒
      Serial.printf("0200");                            // ブロック境界
      Serial.printf("0800");                            // ビット／サンプル
      Serial.printf("64617461");                        // dataチャンク
      Serial.printf("%08lx", htonl(recPos));            // 総データサイズ

      for (int n = 0; n <= recPos; n++) {
      Serial.printf("%02x", soundStorage);
      }
      Serial.printf("\n");
    }
} else if ( M5.BtnB.wasReleased() ) {
    // 再生スタート
    M5.Lcd.setCursor(0, 24);
    M5.Lcd.println("Play...");
    Serial.println("Play Start");
    i2sPlay();
    M5.Lcd.println("       ");
    Serial.println("Play Stop");
}

delay(10);
}

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