嵌入式產(chǎn)品開發(fā)中經(jīng)常遇到音頻的輸入輸出問題,如何為其添加“喇叭”、“麥克風(fēng)”設(shè)備呢?本文將簡單介紹ARM+Linux產(chǎn)品中的音頻解決方案。
我們先認(rèn)識(shí)下I2S(Inter-IC Sound)總線。I2S又稱集成電路內(nèi)置音頻總線,該總線專門用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸,廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。它采用了沿獨(dú)立的導(dǎo)線傳輸時(shí)鐘與數(shù)據(jù)信號(hào)的設(shè)計(jì),通過將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)分離,有效避免因時(shí)差誘發(fā)的失真。
以HDG2L-IoT評(píng)估套件為例,RZ/G2L處理器提供至少一路I2S總線,通過該總線與音頻編解碼芯片(IC型號(hào)WM8960)連接,用于提供高質(zhì)量的錄音播音功能。音頻模塊的硬件部署如下所示。
圖1 HDG2L-IoT音頻接口
在Linux系統(tǒng)的音頻編解碼驅(qū)動(dòng)中,通過I2C通訊接口與音頻IC通訊,把音頻IC內(nèi)的各個(gè)功能寄存器抽象成音頻控件,這樣用戶即可在User空間內(nèi)直接調(diào)整IC內(nèi)的參數(shù)。I2S音頻引腳,則是數(shù)字信號(hào)發(fā)送、接收的通道。
播音時(shí),音頻IC接收到數(shù)字信號(hào)后則轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)發(fā)送出去,錄音時(shí),音頻IC把收到的音頻模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,發(fā)送給處理器。
ALSA是linux的主流音頻體系結(jié)構(gòu),它包含內(nèi)核驅(qū)動(dòng)集合, API 庫和工具對(duì) Linux 聲音進(jìn)行支持,應(yīng)用程序只要調(diào)用alsa-lib提供的API,即可以完成對(duì)底層音頻硬件的控制。
Linux通過alsa庫以及alsa工具管理音頻IC的控件,通過“amixer controls”列出當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的音頻控制項(xiàng):
root@g2liot:~# amixer controls
numid=12,iface=MIXER,name='Headphone Playback ZC Switch'
numid=11,iface=MIXER,name='Headphone Playback Volume'
numid=17,iface=MIXER,name='PCM Playback -6dB Switch'
...
numid=16,iface=MIXER,name='Speaker AC Volume'
numid=15,iface=MIXER,name='Speaker DC Volume'
numid=13,iface=MIXER,name='Speaker Playback Volume'
numid=14,iface=MIXER,name='Speaker Playback ZC Switch'
root@g2liot:~#
音頻功能的關(guān)鍵控件信息如下所示。(錄音通道、播音通道、耳機(jī)音量大小、喇叭音量大?。?/p>
在開發(fā)板下,運(yùn)行aplay程序可以對(duì)音頻播放進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試前,需要將耳機(jī)插入開發(fā)板的耳機(jī)插孔中。
為測(cè)試基于I2S的音頻輸出接口,在命令行下執(zhí)行如下命令:
root@g2liot:~# aplay /home/root/audios/2.wav
其中2.wav為需要播放的音頻文件,且此處假定2.wav位于/home/root/audios目錄下。
在進(jìn)行音頻播放時(shí),對(duì)于基于I2S的音頻輸出接口,可以使用amixer程序?qū)σ袅窟M(jìn)行調(diào)節(jié)。使用amixer程序?qū)Χ鷻C(jī)播放音量進(jìn)行調(diào)節(jié)的命令行格式為:
amixer cset numid=11音量值
其音量值取值范圍在0~127之間,127表明最大音量。例如要將音量設(shè)置為100,可在命令行下執(zhí)行如下命令:
root@g2liot:~#amixer cset numid=11 100
將揚(yáng)聲器接入HDG2L-IOT開發(fā)板的左右聲道插座中,在播放音頻前可先設(shè)置揚(yáng)聲器播放音量以及總音量,然后播放音頻文件:
root@g2liot:~#amixer cset numid=10 240
root@g2liot:~#amixer cset numid=13 120
root@g2liot:~# aplay /home/root/audios/2.wav
錄音功能需設(shè)置錄音控件的參數(shù),如下所示。
root@g2liot:~#amixer cset numid=1 60
root@g2liot:~#amixer cset numid=36 240
用arecord命令錄音并保存為“/tmp/t.wav”,然后用aplay命令回放進(jìn)行驗(yàn)證。
root@g2liot:~# arecord -f cd /tmp/t.wav
root@g2liot:~#aplay /tmp/t.wav
由于當(dāng)前的麥克風(fēng)輸出信號(hào)僅接到了音頻處理的Left端作為輸入,所以播放錄音文件時(shí)僅左聲道有輸出,若希望將麥克風(fēng)輸出信號(hào)同時(shí)記錄在左右聲道可做如下設(shè)置:
root@g2liot:~#amixer cset numid=41 1
將“ADC Data Output Select”設(shè)定為1,其值含義為“Left Data = Left ADC; Right Data = Left ADC”。
由上可知,音頻編解碼芯片在Linux系統(tǒng)中以控件的形式存在,內(nèi)部的參數(shù)一般只記錄在內(nèi)存中,當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí),修改的參數(shù)就會(huì)消失,所以需要保存和恢復(fù)指令將上次的參數(shù)保存在配置文件中。
alsa的配置文件為:/var/lib/alsa/asound.state
控件修改后的寫入操作如下所示。
alsactl store
控件恢復(fù)參數(shù)的操作如下所示(注:重啟板子后會(huì)自動(dòng)讀取配置文件)。
alsactl restore