M5StickC + Speaker Hat で SPIFFS から読み込んだ WAV ファイルを再生する

前回の M5StickC + Speaker Hat で音声データを再生するでは音声データを直接スケッチ上に書くというスマートとは言い難い方法でした。今回は事前に SPIFFS へ保存した WAV ファイルを読み込んで再生します。

WAV ファイルの作成

まずは再生したい音声データを以下の形式の WAV ファイルへ変換します。

モノラル
サンプリング周波数8000Hz
Unsigned 8-bit PCM
メタデータなし

スピーカーが1つなのでモノラル、 M5StickC (というか ESP32) の DAC が 8 ビットなので WAV ファイルも 8 ビットです。サンプリング周波数は 8000Hz じゃなくてもいいかもしれませんが、一般的に使用されている 44100Hz ではうまく動作しなかったためこの値にしています。

また、今回のスケッチではメタデータを一切考慮していないため、メタデータがあるとシリアルモニタへ “invalid wave file header” というエラーメッセージが表示されファイルが読み込まれません。

以下は FFmpeg で変換する場合のコマンド例です。 FFmpeg で変換すると「Lavf58.29.100」(数字部分はバージョンによる) というメタデータが標準で追加されるので、オプション -fflags +bitexact を付けてこの動作を抑制します。

ffmpeg -i input.wav -ac 1 -ar 8000 -acodec pcm_u8 -fflags +bitexact output.wav

WAV ファイルを SPIFFS へ保存する

ESP32-WROOM-32 SPIFFS アップローダープラグインの使い方 | mgo-tec電子工作に書かれている手順に従い、 Arduino ESP32 filesystem uploader を使用して事前に WAV ファイルを SPIFFS へ保存しておきます。

スケッチの書き込み

以下のスケッチを M5StickC へ書き込みます。 WAVE_FILE_NAME は SPIFFS へ保存した WAV ファイルのファイル名です。書き込み後、Aボタン(正面の「M5」ボタン)を押すと WAV ファイルが再生されます。

#include <vector> #include <M5StickC.h> #include "FS.h" #include "SPIFFS.h" // WAVファイル名 const char WAVE_FILE_NAME[] = "/hoge.wav"; // スピーカー出力ピンの番号 const uint8_t SPEAKER_PIN = GPIO_NUM_26; // LOWでLED点灯、HIGHでLED消灯 const uint8_t LED_ON = LOW; const uint8_t LED_OFF = HIGH; // 電源ボタンが1秒未満押された const uint8_t AXP_WAS_PRESSED = 2; // PWM出力のチャンネル const uint8_t PWM_CHANNEL = 0; // PWM出力の分解能(ビット数) const uint8_t PWM_RESOLUTION = 8; // PWM出力の周波数 const uint32_t PWM_FREQUENCY = getApbFrequency() / (1U << PWM_RESOLUTION); // 音声データのサンプリング周波数(Hz) const uint32_t SOUND_SAMPLING_RATE = 8000; // 音声データ再生時の待ち時間(マイクロ秒) const uint32_t DELAY_INTERVAL = 1000000 / SOUND_SAMPLING_RATE; // WAVファイルのヘッダー typedef struct { uint32_t riff; // "RIFF" (0x52494646) uint32_t fileSize; // ファイルサイズ-8 uint32_t wave; // "WAVE" (0x57415645) uint32_t fmt; // "fmt " (0x666D7420) uint32_t fmtSize; // fmtチャンクのバイト数 uint16_t format; // 音声フォーマット (非圧縮リニアPCMは1) uint16_t channels; // チャンネル数 uint32_t samplingRate; // サンプリングレート uint32_t avgBytesPerSecond; // 1秒あたりのバイト数の平均 uint16_t blockAlign; // ブロックサイズ uint16_t bitsPerSample; // 1サンプルあたりのビット数 uint32_t data; // "data" (0x64617461) uint32_t dataSize; // 波形データのバイト数 } wavfileheader_t; // PCMフォーマット const uint16_t WAVE_FORMAT_PCM = 0x0001; // モノラル const uint16_t WAVE_MONAURAL = 0x0001; // 音声データ std::vector<uint8_t> soundData; // メッセージ出力 void showMessage(const char* message) { M5.Lcd.fillScreen(WHITE); M5.Lcd.setCursor(5, 30); M5.Lcd.setTextFont(4); M5.Lcd.setTextColor(BLACK); M5.Lcd.print(message); } // バイトオーダーを入れ替える uint32_t reverseByteOrder(uint32_t x) { return ((x << 24 & 0xFF000000U) | (x << 8 & 0x00FF0000U) | (x >> 8 & 0x0000FF00U) | (x >> 24 & 0x000000FFU)); } // WAVファイルのヘッダーを検証する bool validateWavHeader(wavfileheader_t& header) { Serial.printf("riff: 0x%x\n", header.riff); Serial.printf("wave: 0x%x\n", header.wave); Serial.printf("fmt : 0x%x\n", header.fmt); Serial.printf("data: 0x%x\n", header.data); Serial.printf("format: %d\n", header.format); Serial.printf("channels: %d\n", header.channels); Serial.printf("samplingRate: %d\n", header.samplingRate); Serial.printf("bitsPerSample: %d\n", header.bitsPerSample); return header.riff == 0x52494646 && header.wave == 0x57415645 && header.fmt == 0x666D7420 && header.data == 0x64617461 && header.format == WAVE_FORMAT_PCM && header.channels == WAVE_MONAURAL && header.samplingRate == SOUND_SAMPLING_RATE && header.bitsPerSample == PWM_RESOLUTION; } // WAVファイルを読み込む void readWavFile(fs::FS& fs, const char* path, std::vector<uint8_t>& data) { Serial.printf("Reading file: %s\n", path); File file = fs.open(path); if (!file || file.isDirectory()) { Serial.println("- failed to open file for reading"); return; } // WAVファイルのヘッダー wavfileheader_t header; // ファイルサイズがヘッダーサイズ以下の場合は終了 size_t fileSize = file.size(); if (fileSize <= sizeof(header)) { Serial.println("invalid wave file"); return; } // ヘッダーサイズ分読み込む file.read((uint8_t*)&header, sizeof(header)); // バイトオーダーを入れ替え header.riff = reverseByteOrder(header.riff); header.wave = reverseByteOrder(header.wave); header.fmt = reverseByteOrder(header.fmt); header.data = reverseByteOrder(header.data); // ヘッダーのチェック if (!validateWavHeader(header)) { Serial.println("invalid wave file header"); return; } // ファイルの読み込み while (file.available()) { data.push_back(file.read()); } } // 音声データを再生する void playSound(std::vector<uint8_t>& soundData) { for (const auto& level : soundData) { ledcWrite(PWM_CHANNEL, level); delayMicroseconds(DELAY_INTERVAL); } ledcWrite(PWM_CHANNEL, 0); } void setup() { M5.begin(); M5.Lcd.setRotation(1); showMessage("SPIFFS WAV"); // シリアルモニターの設定 Serial.begin(115200); // スピーカーの設定 ledcSetup(PWM_CHANNEL, PWM_FREQUENCY, PWM_RESOLUTION); ledcAttachPin(SPEAKER_PIN, PWM_CHANNEL); ledcWrite(PWM_CHANNEL, 0); // LEDの設定 pinMode(M5_LED, OUTPUT); digitalWrite(M5_LED, LED_OFF); // SPIFFSの設定 if (!SPIFFS.begin()) { Serial.println("SPIFFS Mount Failed"); return; } // 音声データを読み込む readWavFile(SPIFFS, WAVE_FILE_NAME, soundData); } void loop() { delay(10); // ボタンの状態を更新 M5.update(); // Aボタンが押されたら音声データ再生 if (M5.BtnA.wasPressed()) { // LED点灯 digitalWrite(M5_LED, LED_ON); // 音声データ再生 playSound(soundData); // LED消灯 digitalWrite(M5_LED, LED_OFF); } // 電源ボタンが押されたらリセット if (M5.Axp.GetBtnPress() == AXP_WAS_PRESSED) { esp_restart(); } }

M5StickC + Speaker Hat で SPIFFS から読み込んだ WAV ファイルを再生する

WAV ファイルの作成

WAV ファイルを SPIFFS へ保存する

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参考サイト

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