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天才在左疯子在右_基于Orangpi Zero和Linux ALSA实现WIFI无线音箱(三)

标签:赶得 12.6斗地主

作品已经完成,先上源码:

https://files.cnblogs.com/files/qzrzq1/WIFISpeaker.zip

全文包含三篇,这是第三篇,主要讲述接收端程序的原理和过程。

第一篇:基于Orangpi Zero和Linux ALSA实现WIFI无线音箱(一)

第二篇:基于Orangpi Zero和Linux ALSA实现WIFI无线音箱(二)

以下是正文:

  在进行接收端程序开发前,首先要了解Orangpi Zero的声音设备。

  Orangpi可以通过ALSA(The Advanced Linux Sound Architecture )访问系统的声音设备。

一、查找并确定Orangpi Zero的声音设备

  要使用ALSA,首先就是要能正确找到声音设备,作者在使用alsa的时候,尝试过使用armbian官网(链接地址)上三个不同的镜像,发现有些armbian镜像有问题,不知道是什么原因,分别是:

  (1)、基于Ubuntu Xenial的Armbian镜像,版本号3.4.113(下载地址)

  (2)、基于Ubuntu Xenial的Armbian镜像,版本号4.14.14(下载地址)

  (3)、基于Debian Stretch的Armbian镜像,版本号4.14.14(下载地址)

  这三个镜像中,只有第一个能找到声卡设备,其他两个都提示无声卡设备。作者只能使用第一个镜像。

  在armbian中,使用以下命令即可看到声卡设备。

aplay -l

  如上图所示,在OrangePi Zero中,共有两个声卡设备,一个card0是audiocodec,指的是板载的TV接口,另一个card1是sndhdmi,指的是HDMI输出接口,其中card0是默认声卡设备,因为TV接口在开发板上有直接引出,而且只需3线(左声道、右声道、地),本作品直接使用TV接口作为音频输出。硬件电路如图如下所示。

  如果使用aplay命令显示出来的card0不是我们想要的默认声卡设备,那就要进行更改了,更改方法可以参考“linux alsa音频架构的配置与使用”这个文章。

  此外,alsa还有一个虚拟的配置界面,alsamixer,利用它可以方便的设置声卡音量、配置声卡、静音等功能,类似windows桌面右下角的声音管理器。要打开alsamixer,直接使用alsamixer命令即可,具体的使用方法,可以参考“Linux下的音量控制器alsamixer”这篇文章,界面如下图所示。

alsamixer

  设置之后,利用aplay命令测试一下能否播放音乐,如果TV接口播放音青之驱魔师_2018年最新新闻网频正常,接下来就可以开始接收端的程序开发了。

#播放测试音乐
aplay test.wav

  测试alsa正常后,接下来介绍接收端程序中需要使用到的socketpyalsaaduio模块。

二、socket模块

  socket模块使用比较简单,首先获取本机IP,然后初始化socket为UDP模式,并绑定IP地址和端口号,就可以开始接受数据包了。主要涉及的函数包括:

#创建socket
socket.socket([family[, type[, proto]]])

#连接远程地址
socket.connect(address)

#绑定socket的IP地址和端口号
socket.bind(address)

#从socket接收数据包
socket.recvfrom(bufsize[, flags])

#关闭socket
socket.close()

  socket模块的使用比较简单,网上有很多范例,这里不再详细说明。

三、pyalsaaudio模块

  pyalsaaudio(下载地址)是一个用于python中访问ALSA API的模块,利用这个模块,用户可以很轻松的在程序中访问Orangpi Zero的PCM和混音器设备,这个模块的使用说明和范例在这个链接地址里有。

  1、安装pyalsaaudio模块

  依次安装python对应版本的setuptools、python-dev、libasoud2-dev和pyalsaaudio包即可。其中python-dev包与所使用的python版本有关,可以使用python3 -V命令查看python版本,本作品armbian系统预装了python3.5,所以要安装python3.5-dev包。依次执行以下命令。

  (1)、安装python3-setuptool战狼2香港遇冷_2018年最新新闻网s命令:

apt-get install python3-setuptools

  (2)、安装python3.5-dev命令:

apt-get install python3.5-dev

  (3)、安装libasoud2-dev命令:

apt-get install libasound2-dev

  (4)最后,使用python的pip3命令安装pyalsaaudio模块:

pip3 install pyalsaaudio

  (5)上一步中的pip3命令,是为了与python2区分的,armbian中预安装了python2和python3,作者使用的是python3,如果直接使用pip命令,系统就会给python2安装pyalsaaudio模块了,所以这里需要注意。如果提示没有pip3命令,那就需要使用以下命令安装pip3。安装之后就最帅快递小哥_2018年最新新闻网可以使用pip3命令操作第4步了。

apt-get install python3-pi中国人民大学_2018年最新新闻网p

四、接收端程序设计

  接收端比较简单,在Python环境下直接使用socket和pyalsaaudio模块即可快速实现数据包的接收和播放,主要使用的pyalsaaudio模块函数如下。

#默认的构造函数
#系统初始化alsa device,系统默认按以下参数配置:PCM、44.1kHz、双通道、周期大小32帧
#Sample format: PCM_FORMAT_S16_LE
#Rate: 44100 Hz
#Channels: 2
#Period size: 32 frames
class alsaaudio.PCM(type=PCM_PLAYBACK, mode=PCM_NORMAL, device="default", cardindex=-1)

#设置采样率,以Hz为单位。
#典型值是8000(电话)、16000、44100(CD音质)、48000(DVD音质)、96000
PCM.setrate(rate)

#设置周期大小,用户程序每次处理音频数据的帧数,天安门广场_2018年最新新闻网
#即用户程序每次要写入(播放)/读取(录音)的数据大小
#以帧为单位,一帧就是一次采样的字节数
PCM.setperiodsize(period)

#写入待播放的音频数据。
#data的数据长度必须是帧大小的整数倍, 并且等于周期大小。
#如果小于周期大小,则实际不会播放,直到程序把数据按照周期大小完全写入。
PCM.write(data)

  在《基于Orangpi Zero和Linux ALSA实现WIFI无线音箱(二)》中,作者设定了发送来的数据包前40个字节为识别数据格式的包头,真正的音频数据是从第41字节开始。包头数据的40个字节,实际就是C里的WAVEFORMATEX结构体,包含采样率、通道数、位深度信息,在python中,需要对这个结构体(数据包的开始的40字节)的数据进行解析读取,这样,才能正确设置pyalsaaudio的PCM类对象。

  要实现上述功能,在C里,可以直接把数据包首地址强制转换成WAVEFORMATEX结构体类型的指针,再访问各个成员变量即可,可是在python里,没有地址和指针的概念,需要使用struct模块中的pack和unpack函数。

  struct模块的pcak和unpcak函数是用来处理C结构数据的,通过它们可以实现对字节数组的解释。例如WAVEFORMATEX结构体的第2~3字节(以0开始)为通道数,第4~7字节为采样率,unpack函数可以把这些字节数组按照设定的要求进行转换。两个函数的详细用法,可以参考“Python中struct.pack()和struct.unpack()用法详细说明”这篇文章。

  最后,接收端程序设计的流程和源码如下:

  1、初始化socket

  2、初始化PCM类对象

  3、从socket接受数据(阻塞式)

  4、解释数据包头

  5、每隔1s判断数据包头指定的格式跟当前格式是否一致,如果不一致,则关闭PCM类对象并重新初始化

  6、播放从第41字节开始的音频数据

  注意:程序中音频格式只做了对采样率的判断,没对位深度、通道数等信息的判断,有兴趣的读者可以自行添加。

import socket
import alsaaudio
import struct
import time

#函数:获取IP地址
def GetHostIP():
    try:
        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
        s.connect(("1.1.1.1", 80))
        ip = s.getsockname()[0]
    finally:
        s.close()
    return ip


#以下是主程序
RecCount = 0
#默认的PCM音频格式,参考C里面的WAVEFORMATEX结构体
#格式标识wFormatTag = 0xfe
#通道数nChannels    = 2
#采样率nSamplesPerSec  = 48000Hz
#波特率nAvgBytesPerSec = 192000
#块对齐nBlockAlign     = 4
#位深度wBitsPerSample  = 16
list_pwfx = [65534, 2, 48000, 192000, 4, 16]

Local_IP=GetHostIP()
print("说明")
print("1.本机ip:%s:12321"%(Local_IP))
print("2.默认按照48000Hz、双通道、16位PCM格式播放")
print("3.发送端发出的数据包前40个字节为音频格式信息,接收端(本程序)每隔1s会解释一次包头,读取并自动修改播放器采样率信息(如发生变化)")
print("4.注意:接收端(本程序)只支持11025、12000、44100、48000这4种采样率的自动切换,不支持修改通道数、位深度等其他信息的切换。")
print("5.发送端如果在后台(如Windows的音频管理器)修改了采样率,必须重新点击‘启动’按钮,才能重新发生正确的音频流")

#初始化socket
sss = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
sss.bind((Local_IP, 12321))

#系统初始化alsa device,系统默认按以下参数配置
#Sample format: PCM_FORMAT_S16_LE
#Rate: 44100 Hz
#Channels: 2
#Period size: 32 frames
device = alsaaudio.PCM()

#修改默认采样率为48kHz
device.setrate(list_pwfx[2])
#修改缓冲区大小(以帧为单位,0.1s是4800帧)
device.setperiodsize(list_pwfx[2]//10)

Lasttime =time.time()

while 1:

    #申请20k字节缓冲区
    BytesRecv,ServerAddr = sss.recvfrom(20000)

    #这里是为了让程序自动更改播放音频的采样率,如果距离上次设置采样率的时刻大于1s,
    #则读取数据包的头40个字节,判断服务器传过来的数据采样率有无变化,重新设置采样率,
    #只支持在11025、12000、44100和48000间切换
    Nowtime = time.time()
    if (Nowtime-Lasttime) > 1 :
        
        Lasttime = Nowtime

        #解释包头(只取前16字节),具体请参考C里面的WAVEFORMATEX结构体或文件开头的说明
        #注意struct.unpack返回值是一个元组
        tuple_pwfx_temp = struct.unpack("HHLLHH",BytesRecv[:16])
        #print(tuple_pwfx_temp)
        if tuple_pwfx_temp[2] != list_pwfx[2]:
            print("采样率发生变化!")
            if tuple_pwfx_temp[2] in [11025,12000,44100,48000]:
                #把元组转换为列表,再赋值修改采样率
                list_pwfx[2] =list(tuple_pwfx_temp)[2]

                #关闭设备并重新初始化设备
                device.close()
                device = alsaaudio.PCM()
                device.setrate(list_pwfx[2])
                device.setperiodsize(list_pwfx[2]//10)
                
                print("采样率正确,修改采样率为%s"%(list_pwfx[2]))
            else:
                print("采样率错误!"%(list_pwfx[2]))
                
    #将socket接收到的数据送到device播放
    #收到的数据包,第41字节开始才是音频数据
    dtcl_2018年最新新闻网evice.write(BytesRecv[40:])

    print("RecCount=%s"%(RecCount),end="
")
    RecCount+=1

device.close()
sss.close()

  同时运行发送端程序和接收端程序,在发送端打开音乐播放器,这个时候,OrangPi接的音箱应该能播放音乐了。

五、设置python脚本开机自启动

  好了,最后一步就是把这个python脚本设定成开机自启动,这样就不用每次登录OrangPi Zero运行这个脚本,linux下实现python脚本开机自动启动的方法也简单,“Linux下Python脚本自启动与定时任务详解”这个文章有详细介绍,修改一下系统配置文件即可。

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发布时间:2019-10-14 05:15:34

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