世嘉SMS模拟器移植到103，声音不正常

854278507 · 发表于 2024-4-23 10:59:51

这几天把429综合例程的SMS模拟器移植到103，游戏画面还是很流畅的，就是声音不正常，不知道SMS的声音是单声道还是双声道，采样深度是8位还是16位，试了几种都不太理想。
下面是移植好的程序

战舰V3 STM32F103 实验54 综合测试实验 2024-04-22.rar (4.44 MB, 下载次数: 1)

854278507 · 发表于 2024-4-23 10:59:52

本帖最后由 854278507 于 2024-4-25 10:00 编辑

NES游戏模拟器输出的声音数据是wav信号，用VS1053播放wav数据需要一个wav头，wav头就是wav声音数据文件的描述，用来告诉VS1053这些wav声音的属性。
下面是正点原子例程提供的wav头

/* NES模拟器声音从VS1053输出,模拟WAV解码的wav头数据 */
const uint8_t nes_wav_head[] =
{
0X52, 0X49, 0X46, 0X46, 0XFF, 0XFF, 0XFF, 0XFF, 0X57, 0X41, 0X56, 0X45, 0X66, 0X6D, 0X74, 0X20,
0X10, 0X00, 0X00, 0X00, 0X01, 0X00, 0X01, 0X00, 0X11, 0X2B, 0X00, 0X00, 0X11, 0X2B, 0X00, 0X00,
0X01, 0X00, 0X08, 0X00, 0X64, 0X61, 0X74, 0X61, 0XFF, 0XFF, 0XFF, 0XFF, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00,
0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00, 0X00,
};

复制代码

这些数据一看就头大，后来发现里面有两个0x11,0x2B,由于是小端模式，还原成正常的数据就是0x2B11，也就是11025，说明这里是采样率，我就在sms模拟器里面把这个采样率换了好几种，单声道，双声道，8位采样，16位采样，无论怎么组合声音效果始终是不好，很大杂音。
昨天准备把SMS模拟器输出的声音数据保存到sd卡上，然后用别的播放器播放一下，看这个SMS模拟器输出的到底是什么格式的wav文件。
就在添加写文件功能的时候发现了问题所在。
下面是正点原子的打开声音输出的函数

/**
* @brief NES打开音频输出
* [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] samples_per_sync: 样本同步(未用到)
* @param sample_rate : 音频采样率
* @retval 0, 成功;
* 其他, 失败;
*/
int nes_sound_open(int samples_per_sync, int sample_rate)
{
uint8_t *p;
uint8_t i;
p = mymalloc(SRAMIN, 100); /* 申请100字节内存 */
if (p == NULL)return 1; /* 内存申请失败,直接退出 */
printf("sound open:%d\r\n", sample_rate);
for (i = 0; i < sizeof(nes_wav_head); i++) /* 复制nes_wav_head内容 */
{
p[i] = nes_wav_head[i];
}
if (lcddev.width == 480) /* 是480*480屏幕 */
{
sample_rate = 8000; /* 设置8Khz,约原来速度的0.75倍 */
}
p[24] = sample_rate & 0XFF; /* 设置采样率 */
p[25] = (sample_rate >> 8) & 0XFF;
p[28] = sample_rate & 0XFF; /* 设置字节速率(8位模式,等于采样率) */
p[29] = (sample_rate >> 8) & 0XFF;
nesplaybuf = 0;
nessavebuf = 0;
vs10xx_reset(); /* 硬复位 */
vs10xx_soft_reset(); /* 软复位 */
vs10xx_set_all(); /* 设置音量等参数 */
vs10xx_reset_decode_time(); /* 复位解码时间 */
while (vs10xx_send_music_data(p)); /* 发送wav head */
while (vs10xx_send_music_data(p + 32)); /* 发送wav head */
tim6_int_init(100 - 1, 1280 - 1); /* 1ms中断一次 */
myfree(SRAMIN, p); /* 释放内存 */
return 0;
}

复制代码

在打开声音的函数里面定义了一个指针p，并给这个指针p申请了内存，然后把wav头的数组内容复制到了指针p所指向的地址，然后又根据采样率修改了指针p所指针地址的数据，难怪我无论怎么修改那个wav头都不行，原来并不是直接wav头直接送到VS1053的，在发送到VS1053之前做了修改。
于是我就把打开声音的函数做了修改，下面是我修改后的代码

/**
* @brief SMS打开音频输出
* @param sample_rate : 音频采样率
* @retval 无
*/
void sms_sound_open(int sample_rate)
{
uint8_t *p;
uint8_t i;
p = mymalloc(SRAMIN, 64); // 申请100字节内存
if (p == NULL) // 内存申请失败,直接退出
{
return;
}
printf("\r\n[%s][%s][%04d]sound open:%d", __FILE__, __func__, __LINE__, sample_rate);
memset(p, 0x00, 64);
if (lcddev.width == 480) // 是480*480屏幕
{
sample_rate = 8000; // 设置8Khz,约原来速度的0.75倍
}
/* 下面是wav头 */
p[0] = 'R'; /* "RIFF" */
p[1] = 'I';
p[2] = 'F';
p[3] = 'F';
*(uint32_t *)&p[4] = 0xFFFFFFFF; /* 文件大小 */
p[8] = 'W'; /* "WAVE" */
p[9] = 'A';
p[10] = 'V';
p[11] = 'E';
p[12] = 'f'; /* "fmt " */
p[13] = 'm';
p[14] = 't';
p[15] = ' ';
*(uint32_t *)&p[16] = 16; /* 后面还有16个字节的数据 */
*(uint32_t *)&p[20] = 1; /* 文件格式：wav为1 */
*(uint16_t *)&p[22] = 2; /* 双声道 */
*(uint16_t *)&p[34] = 16; /* 采样深度：16位 */
*(uint32_t *)&p[24] = sample_rate; /* 采样率 */
*(uint16_t *)&p[32] = *(uint16_t *)&p[22] * (*(uint16_t *)&p[34] / 8); /* 字节对齐 */
*(uint32_t *)&p[28] = sample_rate * *(uint16_t *)&p[32]; /* 比特率 */
p[36] = 'd'; /* "data" */
p[37] = 'a';
p[38] = 't';
p[39] = 'a';
*(uint32_t *)&p[40] = 0xFFFFFFFF; /* 数据大小 */
printf("\r\n\r\n");
printf("\r\n[%s][%s][%04u]WAV文件头", __FILE__, __func__, __LINE__);
printf("\r\n");
uint8_t k;
k = 0;
for (i = 0; i < 64; i++)
{
printf("0x%02X ", p[i]);
k++;
if (k >= 4)
{
k = 0;
printf("\r\n");
}
}
printf("\r\n\r\n");
smsbufpos = 0;
smsplaybuf = 0; // 即将播放的音频帧缓冲编号
smssavebuf = 0; // 当前保存到的音频缓冲编号
#ifdef __VS10xX_H__
VS_HD_Reset(); // 硬复位
VS_Soft_Reset(); // 软复位
VS_Set_All(); // 设置音量等参数
VS_Reset_DecodeTime(); // 复位解码时间
while (VS_Send_MusicData(&p[0]))
; // 发送wav head
while (VS_Send_MusicData(&p[32]))
; // 发送wav head
TIM6_Int_Init(250 - 1, 128 - 1); // 0.25ms中断一次
#endif /* __VS10xX_H__ */
myfree(SRAMIN, p); // 释放内存
}

复制代码

从上面的函数可以看出不再需要wav头那个数组了，我定义了一个指针p，然后给这个指针p申请内存，然后直接修改指针p指向地址的内容，并写了注释。
上面的函数里面修改指针p所指向的数据最好是用结构体的方式，会比较直观一些，由于偷懒和为了让大家看明白这个wav头内容的修改就没有写成结构体的方式。
经过测试SMS模拟器输出的是双声道，16位采样，NES模拟器是单声道，8位采样。
SMS模拟器输出的声音数据量是NES模拟器输出声音数据量的4位。
准确来说SMS模拟器输出的wav字节率是NES模拟器输出的wav字节率的4倍。
wav字节率 = 声音通道数 * 采样率 * (采率深度 / 8)
SMS模拟器的wav字节率 = 2 * 11025 * (16 / 8)
NES模拟器的wav字节率 = 1 * 11025 * (8 / 8)
NES模拟器是用定时器6每1ms给VS1053发一次声音数据，SMS模拟器的声音数据量比较大，就要把定时的时间改小，字节率是4倍，定时时间就要是1/4了，就把定时器6的定时时间改成0.25ms，这样SMS模拟器输出的声音就正常了。

最后再补充一下SMS模拟器wav头数组的注释，虽然现在不需要这个数组了，但还是要了解一下这个数组的内容是什么意思。