ESP2-I2S音频播放笔记

由 DK45 · 2018年12月27日

ESP32的I2S设计的比较奇怪，或者也可以说比较强大。I2S在我们印象中是用来传输音频数字信号的通信接口，但是参考ESP32的数据手册会发现远远不止如此。初次看他这部分的手册总是会把人看的云里雾里。

ESP32的硬件I2S可以实现功能主要有以下几个场景：

驱动LCD液晶屏
可以连接CAMERA
可以连接内部DA实现音频播放
可以连接内部AD实现录音

下面笔记记录的都是和音频播放相关，其他模式暂时没做讨论。

ESP32一共有两个I2S：I2S0、I2S1。

但是只有I2S0支持连接内部ADC和DAC，也就是要实现录音和播放只能使用I2S0。

当 I2S—ADC 要把I2S0配置为主机接收模式

当 I2S—DAC 要把I2S0配置为主机发送模式

I2S的时钟源有两个：

PLL_D2_CLK（ADC/DAC模式下要使用该时钟）
APLL_CLK

使用ESP32-IDF配置音频播放的时候，不需要手动指定哪底层已经封装好了

I2S FIFO读写：

ESP32的FIFO读写长度都是按照32位来的。而对FIFO的操作方式有两种:一种是通过CPU直接进行操作；另一种是通过DMA进行读写操作。音频播放呢就是把写入FIFO中的数据通过DMA搬到DA然后输出一个模拟量。录音就是通过DMA把AD采集到的值搬倒FIFO里面去，然后读走保存。

关于FIFO的配置还涉及到单声道双声道的问题，可以去研读esp32参考手册。

音频播放位数问题：

理论上我们采集的音频使用的AD位数越高，失真率就越小，播放出来音质就会越高。但是ESP32有个限制就是DA输出是8位的，也就是不管你用16位音源还是12位或者8位音源最终都会被转成8位的送到DAC去播放。所以这个也限制了ESP32使用内部DA播放做不到太好的音质。

播放的音频文件也没必要用16位采样的音源，浪费存储空间，数据还要进行转换才能送入DA播放。

音频播放初始化代码：

static void csound_audioInit()<br> {<br>     i2s_config_t i2s_config = {<br>      .mode = I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX | I2S_MODE_DAC_BUILT_IN,<br>      .sample_rate = 16000,<br>      .bits_per_sample = 16,<br>      .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB,<br>      .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_RIGHT, //影响数据传输的格式，根据音频文件进行选择<br>      .intr_alloc_flags = 0,<br>      .dma_buf_count = 4,<br>      .dma_buf_len = 256,<br>     }; <br> i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL); //install and start i2s driver <br> i2s_set_dac_mode(I2S_DAC_CHANNEL_RIGHT_EN); //可以控制有几个声道出声音<br> } <br> static void csound_audioDeinit()<br> {<br>      i2s_set_dac_mode(I2S_DAC_CHANNEL_DISABLE);<br>      i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0);<br> }

static void csound_audioInit() { i2s_config_t i2s_config = { .mode = I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX | I2S_MODE_DAC_BUILT_IN, .sample_rate = 16000, .bits_per_sample = 16, .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB, .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_RIGHT, //影响数据传输的格式，根据音频文件进行选择 .intr_alloc_flags = 0, .dma_buf_count = 4, .dma_buf_len = 256, }; i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL); //install and start i2s driver i2s_set_dac_mode(I2S_DAC_CHANNEL_RIGHT_EN); //可以控制有几个声道出声音 } static void csound_audioDeinit() { i2s_set_dac_mode(I2S_DAC_CHANNEL_DISABLE); i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0); }

把音频数据进行转换的代码：

// Scale data to 16bit/32bit for I2S DMA output.
// DAC can only output 8bit data value.
// I2S DMA will still send 16 bit or 32bit data, the highest 8bit contains DAC data.
// 并且根据音量计算出播放DA值的大小
static int csound_audioDataScale(uint8_t* d_buff, uint8_t* s_buff, uint32_t len)
{
	float scale=csoundVolume*0.01;
	float value=0;
	uint32_t j = 0;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		d_buff[j++] = 0;
		value=(float)s_buff[i]*scale; //根据音量大小成比例的调整DA输出值的幅度
		d_buff[j++] = (uint8_t)value;
	}
	return (len * 2);
}

// Scale data to 16bit/32bit for I2S DMA output.

// DAC can only output 8bit data value.

// I2S DMA will still send 16 bit or 32bit data, the highest 8bit contains DAC data.

// 并且根据音量计算出播放DA值的大小

static int csound_audioDataScale(uint8_t* d_buff, uint8_t* s_buff, uint32_t len)

{

float scale=csoundVolume*0.01;

float value=0;

uint32_t j = 0;

for (int i = 0; i < len; i++) {

d_buff[j++] = 0;

value=(float)s_buff[i]*scale; //根据音量大小成比例的调整DA输出值的幅度

d_buff[j++] = (uint8_t)value;

}

return (len * 2);

}

我们的音频PCM数据采样位数是8位，但是在DMA传输过程中，最少是一次传输16位（前面提到FIFO按照32位来读写和这里不矛盾，低16位会自动被填充0）。那么我们就要把8位的数据转换成16位的，再送去FIFO。

这里我自己加了个音量转换，最终送出去的数据，会根据音量大小进行成比例的放大缩小。

最后就是播放音频的代码：

//播放音频
static void csound_audioPlay(audioTableStruct *ats)
{
	size_t bytes_written;
	uint8_t* i2s_write_buff = (uint8_t*) calloc(4096, sizeof(char));
	int offset = 0;
	int tot_size=ats->length;
	while (offset < tot_size) 
	{
		int play_len = ((tot_size - offset) > (4 * 256)) ? (4 * 256) : (tot_size - offset);
		int i2s_wr_len = csound_audioDataScale(i2s_write_buff, (uint8_t*)(ats->ptable + offset), play_len);
		i2s_write(I2S_NUM_0, i2s_write_buff, i2s_wr_len, &bytes_written, portMAX_DELAY);
		offset += play_len;
	}
	free(i2s_write_buff);
}

//播放音频

static void csound_audioPlay(audioTableStruct *ats)

{

size_t bytes_written;

uint8_t* i2s_write_buff = (uint8_t*) calloc(4096, sizeof(char));

int offset = 0;

int tot_size=ats->length;

while (offset < tot_size)

{

int play_len = ((tot_size - offset) > (4 * 256)) ? (4 * 256) : (tot_size - offset);

int i2s_wr_len = csound_audioDataScale(i2s_write_buff, (uint8_t*)(ats->ptable + offset), play_len);

i2s_write(I2S_NUM_0, i2s_write_buff, i2s_wr_len, &bytes_written, portMAX_DELAY);

offset += play_len;

}

free(i2s_write_buff);

}

播放的思路，就是分段从我的音频table里面读数据，读回来以后进行数据转换，然后再写入i2s缓冲区中，等待DMA把他都搬入DA，重复执行直到播放完毕。

ESP2-I2S音频播放笔记

ESP32的硬件I2S可以实现功能主要有以下几个场景：

ESP32一共有两个I2S：I2S0、I2S1。

I2S的时钟源有两个：

I2S FIFO读写：

音频播放位数问题：

音频播放初始化代码：

把音频数据进行转换的代码：

最后就是播放音频的代码：

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ESP2-I2S音频播放笔记

ESP32的硬件I2S可以实现功能主要有以下几个场景：

ESP32一共有两个I2S：I2S0、I2S1。

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