沁恒 CH32V103 实现音乐频谱（多图预警）

只看该作者 · 2021-9-8 22:49

#申请原创# @21小跑堂

　　使用沁恒 CH32V103 + VS1003B 制作的 MP3 播放器已经完成了基本功能，剩下的就是添加一些锦上添花的功能，让它有更好的使用体验和更酷的效果

　　其中音乐频谱由于有动态跳跃的效果，给音乐增加了不少动感

　　既然酷炫，那就办它

　　音乐频谱是什么呢？简而言之，就是音乐的各个频率段的强度

　　音乐频谱怎么获取呢？

　　第一步：采样喇叭输出，获取音频信号随时间变化的关系，也就是时域波形，例如交流电的正弦波

　　第二步：对时域波形进行傅里叶变换，可以将时域波形转换为频域波形，例如交流电的频域波形，只有 50Hz 段强度大小，其他频率段强度都是 0

　　变换的结果就是获取每个频率段信号的强度，傅里叶变换算法在计算机上抽象为离散傅里叶变换（DFT: Discrete Fourier Transform）

　　离散傅里叶变换计算有限频率点的信号强度大小，例如在 20Hz 到 20000Hz 人耳能分辨的频段，抽取 1024 点计算各个点的频率强度

　　但离散傅里叶变换需要计算复数、需要进行大量乘法计算，这是单片机所无法完成的

　　但在前辈们的努力下，提出了快速傅里叶运算（FFT: Fast Fourier Transform），极大的减少了运算量，让单片机也能完成少量点数的时域-频域变换

　　有现成的算法，那？不客气了就

　　移植，跑，duang duang duang 卡了

　　由于需要不断读取内存卡 MP3 数据，传输 MP3 数据到解码器，刷新界面时间进度等，再加入大量计算，导致音频数据和界面卡顿

　　就。。。

　　就得换种思路继续了

　　这里做了23点的频谱效果，先上效果图，再深入讲解

　　单片机计算比较勉强，但是有 VS1003 解码芯片，可别忘了，它是颗 DSP 芯片，算起来可比单片机快速省事

　　VS1003 如何获取频谱数据呢？打补丁，写入插件

　　根据官方手册，VS1003 最多可以完成 23 点频谱计算，每秒可以计算 5 到 20 次，妥了

　　打补丁

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void VS10xx_PatchSpectrum(void)

{

  u16 i;

  for(i=0; i<943; i++)

  {

    VS10xx_WriteReg(atab[i], dtab[i]);

  }

}

　　获取频谱数据

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void VS10xx_GetSpectrum(u16* buf)

{

  u16 i, bands, val;

  VS10xx_WriteReg(SCI_WRAMADDR, BASE+2);

                                              /* If VS1011b, one dummy ReadSciReg(SCI_AICTRL3); here*/

  bands = VS10xx_ReadReg(SCI_WRAM);           /* If VS1011b, use SCI_AICTRL3 */



//  printf("bands: %d\r\n", bands);



  VS10xx_WriteReg(SCI_WRAMADDR, BASE+4);

                                              /* If VS1011b, one dummy ReadSciReg(SCI_AICTRL3); here*/

  for (i=0;i<bands;i++)

  {

    val = VS10xx_ReadReg(SCI_WRAM);         /* If VS1011b, use SCI_AICTRL3 */

                                            /* current value in bits 5..0,  normally 0..31

                                                  peak value in bits 11..6, normally 0..31 */

    *buf++ = val & 0x3F;

//    printf("%d\r\n", val & 0x3F);

  }

}

　　获取频谱数据后，进行刷新显示即可，这里采用 200ms 读取刷新一次频谱，效果不错，音频和界面都很流畅

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void GUI_MP3_DrawSpectrum(u16 x, u16 y, u16* dat, u16 len)

{

  u16 i;

  for(i=0;i<len;i++)

  {

    GUI_SetPen(Color_RGB565(33,33,36));

    GUI_Fill_Rectangle(x+(i*4),y-32,3,32-dat[i]);

    GUI_SetPen(Cyan);

    GUI_Fill_Rectangle(x+(i*4),y-dat[i],3,dat[i]);

  }

}