OpenHarmony輕量化系統聲音收錄

作者：X丶昕雪 2023-03-15 16:31:56

本次使用的INMP441是一個數字麥克風，即本身包含了ADC，傳遞進來的數據是數字量。得到的數據便是直接的PCM編碼格式的數據，若想生成WAV文件，只需要生成一個wav head來標識即可。

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概括

前一陣子想著語音識別作為物聯網不可或缺的一部分，前提是獲取到語音的聲音數據。對于聲音收錄數字化，stm32有很多現成的樣例，而OpenHarmony方面較少該方面的資料。便想著在OpenHarmony實現接收INMP441麥克風模塊。本次實現通過I2S接收INMP441模塊的PCM數據。

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環境

OpenHarmony-3.1
潤和hispark_pegasus Hi3861開發板
DevEco Device Tool
SerialPlot
INMP441麥克風模塊

聲音數字化

生活中的聲音是通過一定介質傳播的波、主要由振幅和頻率兩個指標來描述。

聲音數字化：麥克風將聲音以量化位數將聲音數字化，常見的量化位深有16bit、24bit、32bit，其意義就是將每個采樣點用多少位表示聲音振幅的范圍，其位深越大音質越好。麥克風再根據采樣率進行采集聲音，采樣率的意思就是1秒中采集聲音的次數，采樣率越高音質越好。還決定音質的便是聲道數，使用雙聲道可以大大豐富聲音的表現力，但隨之而來的便是數據量的翻倍。

現實生活中的聲音信號是如下圖般的波形圖，但是我們的計算機中只能保存數值。于是我們將波形圖量化，使用一個個整數數據記錄聲音。

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// 生成wav header，32bit 位深
void wavHeader(byte* header, int wavSize){ // 數字小端格式，字符大端格式
  header[0] = 'R';
  header[1] = 'I';
  header[2] = 'F';
  header[3] = 'F';
  unsigned int fileSize = wavSize + headerSize - 8;
  header[4] = (byte)(fileSize & 0xFF); // file size, 4byte integer
  header[5] = (byte)((fileSize >> 8) & 0xFF);
  header[6] = (byte)((fileSize >> 16) & 0xFF);
  header[7] = (byte)((fileSize >> 24) & 0xFF);
  header[8] = 'W';
  header[9] = 'A';
  header[10] = 'V';
  header[11] = 'E';
  header[12] = 'f';
  header[13] = 'm';
  header[14] = 't';
  header[15] = ' ';
  header[16] = 0x10; // length of format data = 16, 4byte integer
  header[17] = 0x00;
  header[18] = 0x00;
  header[19] = 0x00;
  header[20] = 0x01;  // format type:1(PCM), 2byte integer 
  header[21] = 0x00;
  header[22] = 0x01; // channel number:1, 2byte integer
  header[23] = 0x00;
  header[24] = 0x80; // sample rate:16000=0x00003E80, 4byte integer
  header[25] = 0x3E;
  header[26] = 0x00;
  header[27] = 0x00;
  header[28] = 0x00; // SampleRate*BitPerSample*ChannelNum/8=16000*32*1/8=64000=0x0000FA00, 4byte integer
  header[29] = 0xFA;
  header[30] = 0x00;
  header[31] = 0x00;
  header[32] = 0x04; // BitPerSample*ChannelNum/8 = 4, 2byte integer 
  header[33] = 0x00;
  header[34] = 0x20; // BitPerSample:32 = 0x0020, 2byte integer 
  header[35] = 0x00;
  header[36] = 'd';
  header[37] = 'a';
  header[38] = 't';
  header[39] = 'a';
  header[40] = (byte)(wavSize & 0xFF);
  header[41] = (byte)((wavSize >> 8) & 0xFF);
  header[42] = (byte)((wavSize >> 16) & 0xFF);
  header[43] = (byte)((wavSize >> 24) & 0xFF); 
}

針腳定義

本次實驗只用到了以下四個I2S的針腳

SCK（CK）：串行時鐘，由主機產生的時鐘線，用于控制每位數據的傳輸時序，SCK頻率= 聲道數采樣頻率 * 采樣位數*，在OpenHarmony上被定義為BCLK口
SD：I2S數據線，從機通過此發送數據給主機，在OpenHarmony上被定義為RX口
WS：聲道選擇線，由主機發送給從機，從機根據此判斷發送左聲道還是右聲道。低電平為左聲道，高電平為右聲道。
L/R：左右聲道選擇線，指定此從機為左聲道還是右聲道。低電平為左聲道，高電平為右聲道。

INMP441	Hi3861
SCK	7
SD	11
W	8
L/R	根據需求接GND或3V3
GND	GND
VDD	3V3

查看音頻波形

Hi3861接收到了麥克風模塊上傳的音頻數據，我們可以利用串口將音頻數據發送到電腦，電腦使用串口繪畫工具SerialPlot查看音頻波形，該工具的使用方法和使用其他串口工具相似，網上也有許多使用教程，這里就不再詳細闡述。

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代碼

流程:

初始化IO口
配置I2S（采樣率為8KHz,量化位數為24bit）
初始化I2S
讀取I2S數據,OpenHarmony的讀取函數得到的數據就是24bit數字量；無需像stm32需要讀取的數據是byte類型，然后再拼接。

數據將以LRLR分布,即是一個左聲道數據,一個右聲道數據分布
若是只使用到單聲道,也是LRLR分布,另外一個聲道數據為0

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#include "ohos_init.h"
#include "cmsis_os2.h"
#include "iot_gpio.h"
#include "iot_pwm.h"
#include "iot_i2c.h"
#include "iot_errno.h"

#include "hi_dma.h"
#include "hi_types_base.h"
#include "hi_i2s.h"

#include "hi_io.h"

void i2s_init_demo(void)
{
    hi_u32 ret;
    //初始化IO口
    IoTGpioInit(HI_IO_NAME_GPIO_7);
    IoTGpioInit(HI_IO_NAME_GPIO_8);
    IoTGpioInit(HI_IO_NAME_GPIO_11);
    IoTGpioInit(HI_IO_NAME_GPIO_10);
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_7, HI_IO_FUNC_GPIO_7_I2S0_BCLK);
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_8, HI_IO_FUNC_GPIO_8_I2S0_WS);
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_11, HI_IO_FUNC_GPIO_11_I2S0_RX);
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_10, HI_IO_FUNC_GPIO_10_I2S0_TX);

    ret = hi_i2s_deinit();
    //配置I2S,采樣率為8KHz,量化位數為24bit
    hi_i2s_attribute i2s_cfg = {
        .sample_rate = HI_I2S_SAMPLE_RATE_8K,
        .resolution = HI_I2S_RESOLUTION_24BIT,
    };
    if (ret != HI_ERR_SUCCESS)
        printf("Failed to deinit i2s!\n");
    //初始化
    ret = hi_i2s_init(&i2s_cfg);
    if (ret != HI_ERR_SUCCESS)
        printf("Failed to init i2s!\n");
    printf("ret = %d \n", ret);
    printf("I2s init succrss!\n");
}

void i2s_main_demo(void)
{
    hi_u32 ret;
    i2s_init_demo();
    sleep(2);

    hi_u32 get_buff[100] = {0};
    while(1)
    {
        //讀取I2S信息
        hi_i2s_read(get_buff, 100, HI_SYS_WAIT_FOREVER);
        for (int i = 0; i < 100;i++)
        {
            printf("%d\n", get_buff[i]);
        }
    }
}
//demo線程創建
void INMP441TestDemo(void)
{
    osThreadAttr_t attr;

    attr.name = "INMP441Task";
    attr.attr_bits = 0U;
    attr.cb_mem = NULL;
    attr.cb_size = 0U;
    attr.stack_mem = NULL;
    attr.stack_size = 10240;
    attr.priority = osPriorityNormal;

    if (osThreadNew(i2s_main_demo, NULL, &attr) == NULL)
    {
        printf("[INMP441Task] Falied to create INMP441Task!\n");
    }
}
APP_FEATURE_INIT(INMP441TestDemo);

static_library("mic_test") {
    sources = [
        "inmp441_demo.c",
    ]

    include_dirs = [
        "http://utils/native/lite/include",
        "http://kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0",
        "http://base/iot_hardware/peripheral/interfaces/kits",
        "http://device/soc/hisilicon/hi3861v100/hi3861_adapter/hals/communication/wifi_lite/wifiservice",
        "http://device/soc/hisilicon/hi3861v100/hi3861_adapter/kal",
        "http://ohos_bundles/@ohos/device_soc_hisilicon/hi3861v100/sdk_liteos/include",
        "http://device/soc/hisilicon/hi3861v100/sdk_liteos/include"
    ]
}

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責任編輯：jianghua 來源： 51CTO 開源基礎軟件社區

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