» » Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 5, заключительная

 
 
 

Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 5, заключительная

📆13.10.18 🙋Sergiy_83 👀7 066 💬34

Всем привет. Эта не последняя статья о моем аудиоплеере. Время разработки составило четыре года, и мне кажется, что это не конец, я его не закончу никогда. Все равно будут модернизации, обновления ПО и прочее. Кто знает, может, и вторая версия.

Плеер одномодульный, с пассивным, естественным охлаждением. На борту мини-компьютер, жесткий диск, дисплей, цап, регулятор громкости, встроенный усилитель мощности 2×45 Вт. Доступ к аудио-данным на жестком диске организован по сети с помощью Samba-сервера, никаких USB для флешек. Для настройки машины — SSH сервер, собственный клиент под Android для удаленного управления со смартфона.

Поддержтваемые форматы аудио


flac (Free Lossless Audio Codec)
wav (PCM)
m4a (Apple Lossless Audio Codec)
ape (Monkey’s Audio) (44K/16b)
ogg (vorbis)
mp3 (mpeg layer-3)
aac (Advanced Audio Coding)
ac3 (Audio Codec 3)
wv (WavPack)
wma (Windows Media Audio)
mpc (MusePack SV8)
cue (Плейлисты типа Cue Sheet)

Структурная схема плеера

Рис. 2. Структурная схема аудиоплеера.

Зеленым цветом на структурной схеме я отметил части которые были рассмотрены ранее. Из нерассмотренных — видеоадаптер с дисплеями и подключение Raspberry Pi к устройствам. К сожалению, у малинки нет SATA портов, поэтому жесткий диск подключен через переходник USB ->SATA.

Скорость загрузки файлов в аудиоплеер по сети при этом составила в среднем 8 МБайт/c. Это, как запись на флешку. Чтобы иногда закинуть новый альбом — вполне хватает, а само наличие переходника — конечно, не красит устройство.

Клавиатура плеера — обычные кнопки, подключенные к GPIO малинки. SPI интерфейс регулятора громкости — программный, видеоадаптера — аппаратный.

Видеоадаптер

Сейчас для миникомпьютеров полно полноценных HDMI дисплеев, маленьких, компактных. Но, когда я начинал этот проект, в Китае были только SPI дисплеи, на которых можно было получить максимум 3 кадра в секунду. Для отображения статической информации, как у меня, пожалуй сойдет, но для этого надо было бы устанавливать одну из графических надстроек Линукса, а это лишняя нагрузка на Raspbyrry Pi, который и без нее не шустрый.

И я подумал, что нужно сделать отдельное устройство, которое будет заниматься графикой. Да какой там графикой, напечатать десяток строк текста и пару иконок. А что, в этом случае можно и два дисплея прикрутить, что я и сделал. Корпус — широкий, надо было чем-то занять пространство, чтоб и красиво было и ничего лишнего. Под руку попался китайский дисплей 400×240 точек на контроллере ILI9327 и еще маленький 320 на 240 точек (ILI9328).

Вообще, потом, когда я написал клиент под Андроид, я понял, что дисплеи в принципе необязательны и смотреть я на них практически перестал. Падаешь на диван — запускаешь клиент на телефоне и все, слушаешь музыку.


Рис. 3. Снимок экрана аудиоплеера.

Малинка отсылает по SPI таблицу данных, фиксированного размера, с текстом (cp1251), который надо отобразить на дисплеях. А задача видеоадаптера — все напечатать на дисплее, вот и весь принцип. Шрифт и иконки находятся в памяти микроконтроллера, в таблице — только номера иконок. Шрифт консольный 10×18 из Windows, немножко скорректированный к 8×16 пикселей.

Список с курсором прорисовывается за 55. 5 ms, вся информация — за 65,4 ms. Что касается списка, 50 ms — на мой взгляд, это минимум, при котором процесс смены текста еле заметен. Кадры меняются не постоянно, а по требованию, например, сместил курсор вниз или начал воспроизводиться другой файл. Но и не реже одного раза в секунду, так как надо отсылать время воспроизведения.

При передаче никакого протокола нет, таблицы просто идут одна за другой. По сигналу CS chip select интерфейса SPI, после завершения передачи таблицы данных, происходит дополнительная синхронизация кадра, то есть, если даже произойдет какой-то сбой при передаче данных, то на следующем кадре таблица будет принята корректно.


Рис. 4. Схема видеоадаптера.



Рис. 5. Платы видеоадаптера.


Печатная плата изначально разрабатывалась как тестовая, на скорую руку, а потом я решил, что она очень даже ничего и оставил ее. Дисплей на отдельной плате, а можно было все разместить на одной. И второй дисплей тоже. Два стабилизатора, даже не помню почему я поставил их два.


Рис. 6. Видеоадаптер в корпусе.


Схема плеера


Рис. 7. Электрическая схема плеера.

Все платы установлены на алюминиевом основании 3 мм (см. рис. 8). Корпус пластмассового плеера видеомагнитофона был неровный, со всякими выступами и арматурами, алюминиевый фундамент позволил устанавливать платы любым образом, обеспечить удобное заземление некоторых узлов. По поводу заземления: платы аналогового тракта соединены с землей только в регуляторе громкости и ЦАП-е, фактически через цифровую землю i2s шины и SPI шины у регулятора громкости, которые далее на разъем малинки и соединяются с землей через крепежные отверстия Raspbery PI.

Железо силового трансформатора для усилителя мощности также заземлено. В усилителе мощности конструктивно заземлены только радиаторы (прикручены к фундаменту), которые за счет диэлектрика не контактируют с микросхемами усилителя. Общий провод акустических систем подключается непосредственно к блоку питания, а не к плате усилителя мощности.

Пятивольтовый блок питания заземлен с обеих сторон через крепежные отверстия, важно подключение Y- конденсаторов импульсного блока питания к земле. Жесткий диск запитан не по шнурку USB, а отдельными проводами.

У Raspbery очень нежные GPIO поэтому резисторы R1-R6 у клавиатуры исключают вариант замыкания на землю пина, при теоретически возможной, неправильной его конфигурации, вместо входа на выход. Я старался на каждый GPIO повесить по резистору, на всякий случай. Почти все провода идут под фундаментом — красота правда?


Рис. 8. Под капотом.


Программное обеспечение

Mplayer

Писать свой плеер полностью смысла не вижу, врят ли он получится лучше чем существующие. Поэтому, в качестве инструмента воспроизведения выступает mplayer — не путать с Mplayer2. Если у вас установлен mplayer, то скорее всего это mplayer2.

На мой взгляд, этот плеер лучшее что есть под Линукс. Он консольный, существуют даже версии для Windows. Собственно ОС Линукс — это консольная операционная система по своей природе. Графических оболочек — надстроек над mplayer очень много, но видео мы смотреть не будем. Нас интересует аудио.

В плане аудио у него тоже все в порядке: можно менять выходной формат аудиоданных для разных ЦАП, передискретизация, размер данных сэмпла, разные фильтры. Корректно работает с ALSA и не только. А главное выдает информацию о текущем режиме и мы знаем, что в действительности попадает на наш ЦАП. Эквалайзер тоже есть. Читает любые кодеки, так как в него входит исходный код библиотеки ffmpeg полностью. Именно поэтому, сборка из исходников занимает приличное время.

Признаться, все же руку я к нему тоже приложил. Когда пришло время сделать поддержку CUE-файлов в своем ПО, я заметил, что позиционирование именно в flac файлах работает некорректно. Плеер писал ошибку и немного мазал мимо, от 5 до 10 секунд. Это была катастрофа.

Начал разбираться, нашел версию под windows, которая работала исправно. Затем нашел исходный код именно этой версии. Сравнив исходные коды библиотеки ffmpeg (часть которая отвечает за flac), понял, что придется пересобрать плеер с последней версией ffmpeg. С последней — не получилось, но получилось — с не самой последней. И то, не на ARM, а на обычном ПК. Но все равно, радовался я как ребенок. Запустил сборку на raspberry.

Собирал я день, ночь, просыпаюсь — ошибка сегментации в компиляторе. Компилятор лег. Что делать? Думаю, может, проблема в малинке? Запускаю сборку на Allwinner A20, на нем у меня торрент качалка и DLNA. Собирает быстрее, но та же проблема, компилятор падает и пишет, что в какой-то там функции произошел сбой при компиляции.

Исходный код исправный, так как успешно компилится под x86. Смотрю код и понимаю, что это зловещая функция отвечает за какой-то видеокодек. Долго не думая, вытираю в ней все и return 0. Видео мы им смотреть точно не будем. Еще таких пару функций и полдня компиляции и вот он, заветный бинарник, который корректно позиционирует в формате flac. Запускаем . . . ммм! Звучать стало лучше, точно лучше. А может, самовнушение. Переутомился я.

Мой Аudio Сommander

Мое основное ПО — это тоже надстройка над mplayer. Только не совсем графическая. Я назвал его Audio Commander, имя, как потом оказалось, уже занято — ну да и фиг с ним.

Мой Audio Commander управляет всем плеером: клавиатура, регулятор громкости, и обработка команд от клиента реализована в основном потоке (функция main). Основной функционал- это открывать папки и запускать mplayer для воспроизведения. При запуске mplayer в нашем распоряжении его стандартные потоки ввода-вывода.

В stdout mplayer любезно предоставляет всю необходимую информацию: частота дискретизации файла, разрядность, битрейт, также выходной формат, который идет в ALSA. Он естественно сответствует формату на шине i2S и является входным для нашего ЦАП.

В stdin отправляются команды управления для mplayer-а, например, pause, seek. Данные из stdout попадают в текстовый парсер, результат которого далее идет на дисплей и по сети клиенту (время воспроизведения напимер). Парсер stdout мплеера, парсер CUE-файлов, парсер файла настроек, парсер команд от клиента, все они сгенерированы замечательной связкой — flex и bison, что сэкономила кучу времени при написании кода.

Audio Commander у меня находится в папке /programs/ac там же, файл настроек ac_settings. conf и папка logs. Папка logs по факту в RAMFS в ней файл stderr. log в него пишется всякая информация в процессе работы программы.

Исходный код Audio Commander — это проект в netbeans IDE. Для компиляции надо подключится к удаленному узлу 192. 168. 0. 83, то есть, к аудиоплееру, пользователь root, пароль pi (SSH). Адрес аудиоплеера в сети я задал статически. После компиляции результат можно найти в /root/.nebeans, эта папка тоже в RAMFS. Поэтому, до перезагрузки свежескомпилированный бинарник надо скопировать в /programs/ac.

Операционная система

ОС raspbian (debian) с ядром реального времени. Есть от него прок или нет, не знаю, но говорят, что круто, для всяких серьезных систем. Для более быстрой загрузки ОС лучше применить хорошую SD карту, объемом не менее 1 Gb.
Жесткий диск плеера должен быть отформатирован в EXT4, монтируется в /mnt/sound. Но это не обязательно, в файле настроек плеера ac_settings. conf, можно поменять путь к музыкальному каталогу.

Эксплуатация. Клиент С83

Плеер представляет собой плеер по папкам. Слушаю музыку обычно я в режиме альбома, или подборки лучших композиций какой-то конкретной группы. Следовательно, вся музыка у меня структурирована по папкам: буква алфавита/группа/альбом.
Например Eng/P/Papa Roach/02. Time for Annihilation/ Следовательно, список воспроизведения строится из открытой папки. Также существует возможность открывать папку с вложенными подпапками, из всех каталогов формируется один единственный список воспроизведения. CUE-файлы представляются также в виде папок. А одноименные файлы-образы в списке не отображаются, чтобы не смущать обычного пользователя.


Рис. 9. Отображение CUE-файлов (Клиент C83).
а) Папка, содержащая CUE-файлы. б) Папка в файловом менеджере. в) Открытый CUE-файл, файл образа к которому не был найден. г) Открытый CUE-файл.


Пока поддерживаются только классические простые CUE-файлы. При открытии папок с подпапками, CUE-файлы которые попадутся на пути, также будут открыты.
Клиент написал для Android, для Windows хотел, но потом передумал.
Это мое первое приложение для ОС Android, но не первое в среде Embarcadero RAD Studio (С++ Builder). Почему? Потому что я пишу на Си, с Java я не знаком, только поэтому.


Рис. 10. Снимки экрана клиента С83.


Итак, основной экран разделен на две вкладки: плеер и опции. На вкладке Плеер снизу кнопки управления, громкость и время воспроизведения. Здесь всё как обычно: список можно прокрутить вверх и вниз, двойной клик — «дабл тап» открывает папки, запускает воспроизведение, «лонг тап» — контекстное меню для элементов списка. Можно прокрутить время воспроизведения. Существует возможность запланировать выключение плеера.

В регуляторе громкости сделал защиту от резкого увеличения громкости при случайном прикосновении. После 40% громкость добавляется по 10% при прикосновении. Или можно выбрать любую при перетаскивании ползунка, что не может произойти случайно, почти.
Плеер помнит воспроизведенные файлы, в клиенте они меняют цвет, немножко темнеют.

Не трудно заметить, что функция случайный порядок у меня организована перемешиванием самого списка. Сразу видно, что за чем будет играть. Алгоритм воспроизведения прост — по порядку, сверху вниз, но слушатель может вмешиваться в этот алгоритм, например, начать воспроизведение списка с середины. Или например, если во время воспроизведения переставить курсор на трек 15. Stars (см. рис 10, левый снимок экрана), то после воспроизведения 02. Chances запоет 15. Stars.

После воспроизведения остатка списка плеер доиграет все пропущенные, непрослушанные треки сверху вниз по списку. Пользователь также может установить курсор на уже прослушанный трек, с желанием прослушать его еще раз, после его прослушивания, воспроизведение вернется к не прослушанным композициям. Смена директории во время прослушивания — это создание нового списка. После завершения композиции из старого списка воспроизведение начнется с композиции, отмеченной курсором. Если курсор не на аудиофайле, то воспроизведение начнется с первого в списке файла.


Рис. 11. Вкладка «Опции»

В опциях свалено все в кучу, потому что их пока еще немного (все что есть видны на скриншоте), еще буду добавлять, потом может быть посортирую — это первое, а второе — я ими практически не пользуюсь. Вверху «случайный порядок» и «повтор списка», а кнопка «Завершение работы» внизу и всегда видна. Все остальные опции, также как и список, прокручиваются вверх и вниз, если развернуть все.
Общается клиент и плеер с помощью текстовых сообщений, похожих на XML синтаксис.

Выводы

Надо было делать не так. К фигам эти GPIO, надо было делать все на USB. Клавиши, регулятор громкости — это USB клавиатура — самодельная разумеется. USB ЦАП — не проблема, USB дисплей, а почему бы и нет! Это позволило бы взять мини-ПК без HDMI, они дешевле. И вообще, все это можно было бы провернуть на любой материнской плате, и только потом подобрать современный мини-ПК. Надо осваивать USB!

Блок питания ЦАПа надо было разместить на одной плате с ЦАПом. Для лучшего охлаждения днище корпуса надо делать перфорированным, а платы размещать вертикально. Жаркое лето плеер успешно пережил. Измерял, трансформатор был нагрет до температуры 50 градусов. Нормально, но все же надо делать как-то так:

Рис. 12. Пример хорошего охлаждения



Рис. 13. В интерьере


Видео в работе

Напоследок посмотрите видео. Ну что за статья без видоса на десерт. Сразу предупрежу, режиссер с меня не важный, я не красноречив и не многословен.


Файлы

1. Мой образ SD карты с ОС Raspbian
2. Исходный код AC 🕗 09/10/18 ⚖️ 362,23 Kb ⇣ 28
3. Исходный код С83 🕗 09/10/18 ⚖️ 15,84 Mb ⇣ 32
4. Исходный код для видеоадаптера 🕗 09/10/18 ⚖️ 288,86 Kb ⇣ 30
5. Плата и схема видеоадаптера 🕗 09/10/18 ⚖️ 100,68 Kb ⇣ 40
6. Схемы 🕗 09/10/18 ⚖️ 31,64 Kb ⇣ 42

Спасибо за внимание!
Сергей (Sergiy_83)
Беларусь. Жодино
Профиль Sergiy_83
Электроникой увлекся в старших классах школы.
Потом закончил Минский профтехнический колледж электроники.
Потом «БГУИР» — Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. Инженер-электроник вот уже 11 лет.

Часто тянет что-нибудь изобрести.
Люблю программирование (Си, С++).
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 102 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Даташит CS4350 pdf datasheet 192-kHz Stereo DAC with Integrated PLL... Давненько наш справочник не пополнялся полезняшками. Предлагаю возобновить традицию: нашли...
Схема на Датагоре. Новая статья Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 2. ЦАП на CS4350 и БП... Всем привет! В этой части я расскажу вам о цифро-аналоговом преобразователе на основе чипа CS4350...
Схема на Датагоре. Новая статья Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 1. Блок питания для Raspberry Pi (5V, 2A)... Всем привет! Давным-давно в голову мне пришла идея сделать стационарный аудиоплеер, как в старые...
Схема на Датагоре. Новая статья Texas Instruments Audio Guide 2012... Официальный справочник-гид по всем аудиокомпонентам, предлагаемым TI в 2012 году включая Class-AB,...
Схема на Датагоре. Новая статья Аудиогид по продукции Texas Instruments 2011... Новинка с оф. сайта Texas Instruments. В каталоге представлены краткие описания современных...
Схема на Датагоре. Новая статья Кулинария lossless форматов... С тех пор, как стало возможным представить звук в цифровом виде, появилась возможность обмениваться...
Схема на Датагоре. Новая статья Новая программа от SRS Labs - Audio SandBox... SRS Labs выпустила программу Audio Sandbox 1.6.3.0, которая может стать реальным конкурентом Dolby...
Схема на Датагоре. Новая статья CD-проигрыватели. Схемотехника. Ю.Ф. Авраменко... CD-проигрыватели. Схемотехника В книге систематизировано изложены основные принципы и базирующиеся...
Схема на Датагоре. Новая статья USB ЦАП на PCM2702(E)... Захотелось мне построить хорошо звучащую систему на базе ПК. Поскольку, успех во многом зависел от...
Схема на Датагоре. Новая статья Миниатюрный усилитель 2х6W на ТРА1517 для начинающих... Решил - надо спаять что-то! Давно уже смотрел на микросхемки ТРА1517 — бесплатные семплы от фирмы...
Схема на Датагоре. Новая статья Audio power amplifier design handbook. Douglas Self... Руководство по дизайну аудио усилителей. Автор Douglas Self. Замечательная книга о конструировании...
Схема на Датагоре. Новая статья NE5532, SA5532, SE5532, NE5532A, SE5532A... Сдвоенный операционный усилитель с низкими шумами и внутренними цепями компенсации. Чип 5532 -...
<

nabiullin

Максим Читатель Датагора
  • Меценат
Комментарий # 33 от 13-03-19, 14:31.
Ответить
  • С нами с 1.03.2019
  • 10 комментариев
  • 0 публикаций
 
Sergiy_83,
Не совсем понял, ранее было написано, что кнопки от GPIO отвязаны....

<

Sergiy_83

Сергей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 34 от 13-03-19, 15:01.
Ответить
  • С нами с 16.10.2012
  • 67 комментариев
  • 7 публикаций
 
Цитата: nabiullin
Sergiy_83,
Не совсем понял, ранее было написано, что кнопки от GPIO отвязаны....

В настройках можно кнопки отключить, keyboard_id = 0 (отвязаны от GPIO, управление только с клиента)
Если запускаем на расбери И НУЖНЫ (но не обязательны) кнопки, то ставим keyboard_id = 1
Когда сделаю USB клаву будет keyboard_id = 2

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.
Назад Вперед