ESP32 Boards für Internetradio und Audioanwendungen

[Bernhard45]

Hallo Bastler,

das man mit der Microcontrollerfamilie ESP32 von Expressif sehr brauchbare Internetradios mit wenig Programmieraufwand aufbauen kann, habe ich vor Jahren schon hier gezeigt: https://radio-bastler.de/forum/showthrea...ht=esp8266

Damals hat man neben dem Controller noch ein VS1053 DSP zur Dekodierung und eine nachgeschaltete Endstufe gebraucht und musste alles noch verkabeln oder eine eigene Platine entwerfen und fertigen. Der Aufwand wurde jetzt durch sogenannte ESP32 Audio Kits nochmals reduziert. Unter diesen Begriff haben Firmen komplette Boards entwickelt, die praktisch alle notwendigen Komponenten, einschließlich einer Endstufe für Lautsprecher enthalten. Hier ein Bild und das Blockschaltbild eines solchen ESP32 Audio Kits


  esp32-audiokit.jpg (Größe: 73,19 KB / Downloads: 2.422)


  esp32-audiokit-block-diagram.jpg (Größe: 48,14 KB / Downloads: 2.368)


  esp32-audiokit-block-diagram2.jpg (Größe: 86,8 KB / Downloads: 927)

Der VS1053 DSP wird nicht mehr benötigt, da die Dekodierung von vielen Datei- und Streamingformaten direkt über die Unterstützung in den Bibliotheken erfolgt, die der Hersteller des ESP32 unter dem Begriff ESP Audio Development Framewort (kurz ESP ADF) gleich mitliefert:

https://www.espressif.com/en/products/de...io-devkits

https://docs.espressif.com/projects/esp-...index.html

Da diese Boards nicht nur für Internetradios bestimmt sind, sondern generell für alle Audioanwendungen, hat man einige zusätzliche Sachen drauf gepackt. So zum Beispiel auch Mikrophone mit denen man eine eigene Sprachsteuerung entwickeln kann. Selbst Sprachassistenten wie Alexa oder der Gegenspieler von Google sind problemlos mit integrierbar, sofern man will. SD-Kartenslots für Audioaufzeichnung und Wiedergabe sind auch vorhanden, auch Konfigurationsdateien und Senderlisten lassen sich damit so einfach einspielen wie bei unserer iRadio Software für Raspberrys (https://github.com/BM45/iRadio).

Und nicht zuletzt der Kurzwellenhörer hat damit ein interessantes Board! Denn auf dem System lassen sich leicht digitale NF-Filter (Bandpässe, Notch-Filter, Denoising usw.) implementieren! Also soetwas hier https://radio-bastler.de/forum/showthrea...#pid122856

Der Preis des Boards liegt durchschnittlich zwischen 15 und 25 Euro, je nach Quelle. Dafür das man keinen VS1053, keine Endstufe, keine weitere Platine braucht, ist das eigentlich sehr gut.

Viel Spaß beim Basteln.

Bernhard

[navi]

Danke, Bernhard,
das ist natürlich interessant. Wer verkauft die Boards - in den verlinkten Seiten von expressif habe ich keine Info, bzw. Preise gesehen.

[saarfranzose]

Hallo Ivan,

unter dem Suchbegriff "ESP32 Audio Kit" wirst du in den üblichen Verkaufsportalen fündig

[navi]

Danke, Jupp,
ich denke wir werden die demnächst testen.

[Bernhard45]

Hallo,

ich habe bewusst keine Verkäuferlinks reingenommen, da die Boards unter dem genannten Begriff wirklich an jeder virtuellen Straßenecke zu finden sind. Der eine bestellt solche Boards halt direkt aus China, der andere bevorzugt einen deutschen Importeur/Shop und 24h-Lieferung. Da will ich keinem reinreden und auch keine Internetshops vorgeben.

Übrigens lohnt ein Blick auf das SDK -> hier sieht man welche Codecs direkt in Software ohne den VS1053 verarbeitet werden:

Codecs

• AAC Decoder
  
• AMR Decoder and Encoder
  
• FLAC Decoder
  
• MP3 Decoder
  
• OGG Decoder
  
• OPUS Decoder
  
• WAV Decoder and Encoder
  

Zum Vergleich, der VS1053 konnte: "...The VS1053 can decode a wide variety of audio formats such as MP3, AAC, Ogg Vorbis, WMA, MIDI, FLAC, WAV (PCM and ADPCM). It can also be used to record audio in both PCM (WAV) and compressed Ogg Vorbis..."

Der VS1053 scheint aus meiner Sicht damit ausgedient zu haben, stellenweise hat er ja bei einigen Bastlern auch für ziemlichen Ärger gesorgt wenn wir uns zurückerinnern.

Bin mal gespannt ob der "Ed Smallenburg" auch auf den Zug aufspringen wird.
Unter dem Strich bleibt es natürlich "nur" ein Microcontroller mit 2 Kernen a 240 MHz. Eine Skalensimulation über HDMI-Displays, zusätzlich eine Simulation eines magischen Auges über ein weiteres Display oder Internetfernsehen wird damit nicht so umsetzbar sein, da brauchen wir wieder ein leistungsfähiges System mit GPU und das iRadio.

Gruß
Bernhard

[saarfranzose]

Danke, Jupp,
ich denke wir werden die demnächst testen.

wir werden wohl noch etwas auf eine fertige Applikation warten müssen. Die kann nicht jeder aus dem Handgelenk schütteln.

Wenn Ed drauf anspringt werden wir um PlatformIO wohl nicht mehr herumkommen.

Auch der ESP32 hat schon einen DAC onBoard. Über die Qualität kann ich noch nichts sagen. Die Info ist mir begegnet beim Ka-Radio

Added features from KaRadio

Work with i2s, internal DAC or a vs1053.
Output mode set in Setting panel on web page of KaraDio32 :

   I2S for connection to an external DAC
   I2SMERUS to connect a merus amplifier
   DAC to use the built in DAC of the esp32
   PDM to output a PDM (Pulse Density Modulation) stream
   VS1053 to connect to a vs1053 board, I2S output of the vs1053 enabled.
   all VS1053 tones control
   AAC decoding on I2S with a wrover cpu (4mB of external psram). Mp3 only on I2S with a wroom cpu.
   https stations are played.

[Bernhard45]

Wenn Ed drauf anspringt werden wir um PlatformIO wohl nicht mehr herumkommen.

Wieso das denn?

Auch der ESP32 hat schon einen DAC onBoard. Über die Qualität kann ich noch nichts sagen. Die Info ist mir begegnet beim

Ja neben ADC hat er auch DAC an Bord, aber im Prinzip kann auch jeder andere Microcontroller ohne DAC Sound ausgeben.
Im Arduino-Kurs hatte ich einige Beispiele gezeigt und auch hier schon mal vorgeführt das das auch mit einem kleinen 8 Bitter ohne DAC geht.
Stichwort Pulsweitenmodulation oder Pulsdichtemodulation mit anschließendem Tiefpass.



Letztendlich werden auf diesen ESP32 Audio Kits aber eigene dedizierte ICs/DACs genutzt, die über I2S/I2C angesprochen wenden, wie man sehen kann. Warum nicht diese Codecs benutzen, so wie es vorgesehen ist und an denen auch die Endstufen hängen? Dafür wurden diese Boards doch konzipiert, alles auf einer Platine, sonst kann man sich das Board sparen.

Gruß
Bernhard

[saarfranzose]

Wieso das denn?

vor ziemlich genau einem Jahr hat Ed auf PlatformIO umgestellt.

// ESP32-Radio.ino
//
// This is just a wrapper for the Arduino IDE version of ESP32-Radio.
// ESP32-Radio is designed to be compiled in the PlatformIO IDE.
// main.cpp will be compiled and linked automatically by the Arduino IDE.
// main.cpp contains the setup() and the loop() functions required for the Arduino environment.
//
// 21-09-2020, ES
//

Code:

Stichwort Pulsweitenmodulation oder Pulsdichtemodulation mit anschließendem Tiefpass.

ich schrieb nicht von PWM sondern von DAC

ESP32 has two 8-bit DAC (digital to analog converter) channels, connected to GPIO25 (Channel 1) and GPIO26 (Channel 2). The DAC driver allows these channels to be set to arbitrary voltages.

[Bernhard45]

Wieso das denn?

vor ziemlich genau einem Jahr hat Ed auf PlatformIO umgestellt.

// ESP32-Radio.ino
//
// This is just a wrapper for the Arduino IDE version of ESP32-Radio.
// ESP32-Radio is designed to be compiled in the PlatformIO IDE.
// main.cpp will be compiled and linked automatically by the Arduino IDE.
// main.cpp contains the setup() and the loop() functions required for the Arduino environment.
//
// 21-09-2020, ES
//

Solange die verwendeten SDKs und Libs auf dem System sind, kannst Du die Quellen praktisch mit jeder anderen IDE auch kompilieren, zur Not direkt aus der Console heraus. Die PlatformIO IDE ist doch "nur" ein besserer Texteditor mit ein paar Knöpfen die Konsolenbefehle auslösen. Genau das geht mit jeder anderen IDE (wenn es denn überhaupt eine IDE sein muss) auch. Also wenn Dir die Arduino IDE,  oder Eclipse, oder nano oder oder lieber ist, dann geht das auch hierüber. Wie Projekte (auch für diese Boards hier) befehlsmäßig gebaut werden, steht ja unter den obigen Links. Das kann man einfach kopieren und in die Konfiguration der jeweiligen (gewünschten) IDE übernehmen.

Code:

Stichwort Pulsweitenmodulation oder Pulsdichtemodulation mit anschließendem Tiefpass.

ich schrieb nicht von PWM sondern von DAC

DAC ist nur eine Abkürzung für Digital-Analog-Converter (Digital-Analog-Umsetzer) und diese arbeiten nach verschiedene Verfahren. Eines davon ist PWM oder PDM. Steht aber auch in der technischen Dokumentation zum ESP32. Und " arbitrary voltages" zu erzeugen geht halt auf verschiedenen Wegen und alles bezeichnet man als DAC.

ESP32 has two 8-bit DAC (digital to analog converter) channels, connected to GPIO25 (Channel 1) and GPIO26 (Channel 2). The DAC driver allows these channels to be set to arbitrary voltages.

Ja genau. Die hat er und wenn ich die Wahl habe, würde ich sie meiden, was man bei dem ESP32 Audio Kits ja auch gemacht hat. Ich verstehe nicht warum Du das explizit erwähnst das der ESP32 zwei DACs hat und dann auch noch im Zusammenhang mit dem KaRadio? Ist ja schön das die Software genau das nutzt und auch per PWM/PDM (so wie ich oben schrieb) eine NF erzeugen kann, siehe

Added features from KaRadio

Work with i2s, internal DAC or a vs1053.
Output mode set in Setting panel on web page of KaraDio32 :

   I2S for connection to an external DAC
   I2SMERUS to connect a merus amplifier
   DAC to use the built in DAC of the esp32
   PDM to output a PDM (Pulse Density Modulation) stream


Nur in wie weit ist das für diese Boards hier nützlich?
Es ist doch wohl klar das sowohl Ed mit dem ESP32-Radio, als auch das KaRadio sich mit Hilfe des Espressif Audio Development Kit (ESP-ADF) an diese Boards anpassen müssen, wenn Sie das überhaupt wollen. Vielleicht schreiben Sie auch eine eigene HAL dafür oder ignorieren diese Boards einfach. Das ist aber nicht was ich mit diesem Thread erreichen wollte. Ich wollte lediglich auf neue Boards hinweisen, die alles für Internetradio bereits an Bord haben, inklusive Endstufe, Spannungsversorgung, Batterieladecontroller usw. und die sich sehr leicht mit den oben genannten SDKs verwenden lassen. Man muss HW-mäßig viel weniger zusammenstückeln, braucht keine VS1053 mehr, keine Endstufen, keine Potentialtrennungen und und und. Es wird ja sogar fertiger Beispielcode für Internetradios  im SDK mitgeliefert! Hier kann man sich also sehr schnell seine Lösung "zusammenkopieren" oder was mir gedanklich vorschwebt, ein iRadio-Mini für ESP32 Audio Boards.
Also ein "VLC-Abspielprozess", ich nenne ihn mal so, ist natürlich nicht VLC, aber der Beispielcode für so einen Player ist ja im SDK drin, also hat man hier schon mal fast keine Arbeit. Dann ganz kleine Zusatzprozesse für Steuerung (gpiod) und Display (displayd). Und alles läuft schön koordiniert über FreeRTOS statt über Linux. Zusätzlich könnte man wie bei iRadio beim Start schauen ob eine SD-Karte mit neuen Senderlisten oder WiFi-Daten eingesteckt ist, ebenso wäre auch ein mediaplayerd wie im iRadio möglich.
Aber das sind nur meine Gedanken und Pläne dazu. Sicher gibt es hier auch Leute die programmieren mit solchen Boards ratzfatz Ihre eigene Lösung rein. Ich denke da an Jens/pintel und noch so ein paar Experten.    Wenn man allerdings selbst nicht programmieren kann siehts schlecht aus, weil man warten muss ob diese Boards von bestehenden Projekten unterstützt werden.

Jupp, ich wollte mit diesem Beitrag nicht deine wunderbare Arbeit mit der Platine für die ESP32-VS1053 Lösung madig machen, überhaupt nicht, ich wollte nur einen anderen Weg und eine Lösung aufzeigen, wo man praktisch alles was man braucht schon auf einem Board hat.


Gruß
Bernhard

[saarfranzose]

Hallo Bernhard,
schade dass wir so oft aneinander vorbei reden. Ich habe kein Konkurrenzdenken. Das Audio-Kit interessiert mich brennend und ich hab auch schon welche bestellt. Ich mache mir einfach nur Gedanken um das Umfeld, also die software.
Auf Begriffsdefinitionen und Entwicklungsumgebungen möchte ich dann nicht mehr weiter eingehen an dieser Stelle.

[Bernhard45]

Hallo Bernhard,
schade dass wir so oft aneinander vorbei reden.

Hallo Jupp,

ja das ist wohl ein Problem in Foren, da sieht man nicht sofort was gemeint ist. Am Telefon oder Skype geht so etwas viel leichter zu besprechen.

Ich war (und bin) nur etwas verwirrt, weil du den DAC des ESP32 angesprochen hast, wo die Boards doch eigene Audiocodecs und Endstufen mitbringen.
Auch Ivan schnelles "Danke, Jupp, ich denke wir werden die demnächst testen. " habe ich so aufgenommen das Ihr da einfach die Firmware von Ed oder der KaRadio-Software draufspielen wollt. Das wird wohl zu keinem funktionierenden Radio führen, da muss man noch Hand anlegen.

Ich denke der erste Weg ist einfach mal die Beispiele des SDKs aufs Board zu spielen (https://github.com/espressif/esp-adf/tre...2/examples oder https://github.com/Ai-Thinker-Open/ESP32...r/examples) und durchzuspielen, Schritt für Schritt dann aus den gegebenen Beispielen und der Dokumentation des API ein Konzept für ein eigenes Anwendungsgebiet zu erarbeiten. Wie gesagt, ich habe schon reichlich Inspiration für ein iRadio-ESP32! Das könnte tatsächlich so ablaufen wie beim iRadio unter Linux.  Natürlich unter der Beachtung das hier eine viel kleinere Recheneinheit zur Verfügung steht.

Gruß
Bernhard

[pintel]

Ich habe Zweifel daran, dass dieser ESP die softwaremäßige Decodierung, das ansteuern eines Displays (außer vielleicht ein Nextion), das reagieren auf Schaltbefehle und IR Fernbedienung und natürlich das laden und nachladen des Streams auf einmal schafft.

Ich bin gespannt.

[Bernhard45]

Das geht schon Jens, es gibt ja auch Videos dazu die zeigen das das Board funktioniert. Sogar mit dem ESP8266 habe ich das mal für mp3 in Software gemacht, also Stream holen + Dekodieren in Software + I2C LCD Display + RotaryEncoder für Programmwahl. Ging, Problem war hier aber der zu geringe Speicher den man noch zum Puffern des Streams nutzen konnte und das nur ein Codec im Speicher Platz hatte. Da musste die WiFi-Verbindung stimmen, damit es keine Abbrüche gab, sonst hatte man sichtbar Pufferleerläufe. Hatte ich hier mal im Forum irgendwann gezeigt. Bei dem ESP32 hat man aber einen größeren Spielraum und wenn man die Codecs auch noch alle in den Speicher bekommt, ist die halbe Miete schon drin.

Bei den Displays sehe ich auch nicht das Problem, sofern die nicht zuviele GPIOs benötigen und man nur die "Deltas" übertragen muss, was für viele Displaytypen/Controller ja zutrifft. Wenn der ESP32 aber permanent ein Display refreshen muss, also selbst als Displaycontroller herhält, dürfte die Sache wohl eng werden, zu eng befürchte ich.

Es hat sich ja schon früh gezeigt, das die ESPs allein mit dem WLAN (wofür sie ja konzipiert wurden) nicht besonders ausgelastet sind. Und wenn man beim 32er noch einen zweiten Kern hat, dann klappt das wie bei den STM32F4/7 Radios auch ohne externe Decoder-ICs.

Ich hoffe nur das die Verarbeitungsqualität der Boards stimmt! Bei dem einen oder anderen ESP32 Modul war das ja nicht immer gegeben!

Gruß
Bernhard

[pintel]

Ich arbeite erstmal mein Lager auf. Diese Mini-Platinen für das ESP-Radio sind gut. Und ich habe heraus gefunden, dass man beim VS1053, trotz Verwendung eines einzigen Netzteils, keinerlei Übertrager oder ähnliches benötigt. Man kann die GBUF Leitung auf der Platine trennen und dafür die Masse der Kopfhörerbuchse an die normale Masse anschließen. Das funktioniert gut.

Aber ich beobachte das. Vermutlich hat Jupp bald einen Prototyp hier im Forum. 

   

[Rene66]

Hallo Zusammen,
mein Name ist René, ich bin 56 Jahre alt und komme aus der schönen Harzregion. Ich arbeite als Programmierer im Sondermaschinenbau, (TIA, WinCC, LabView) und bin schon seit klein auf Elektronikinteressiert. Erfahrungen mit Arduino und Raspberry Pi sind vorhanden, auch normale Leiterplattenbestückung sind kein Problem (außer SMD). Meine letzten Projekte beschäftigten sich mehr mit Wetter, Umwelt und deren Langzeitaufzeichnung.
In meiner Jugend hatte ich einige Röhrenempfänger und normale Radios repariert und bebastelt. Durch Heirat, Hausbau, Kinder und meine Hunde ist das Hobby etwas eingeschlafen. Haus lange fertig, Kinder groß, Frau noch da, geregelte Arbeitszeit = etwas Freizeit ?
Jetzt interessiert mich sehr der Einstieg in die digitale Radiotechnik und Internetradio. Momentan kann ich mich aber noch nicht für das richtige Projekt entscheiden. Zur Auswahl stehen:

-         ESP32 + VS1053 (kann man die Platinen dafür hier im Forum beziehen?)
-         ESP32 Audio Kit (welches Bernhard45 gerade vorstellt)
-         Edison Radio (wobei hier die vorbestückte Platine ziemlich teuer ist)

Eventuell habt Ihr durch Eure langjährige Erfahrung einen Tipp für mich. Ich arbeite Lösungsorientiert und bin bei Problemen sehr hartnäckig.
Grüße René

[saarfranzose]

Willkommen Rene!

Ich hab noch ein paar Platinen, die mit einem einstelligen Preis kalkuliert sind. Wenn dir sowas genügt schreibe mich per PN an:

ESP32 Webradio Platine Version 1.1

[saarfranzose]

Zur Auswahl stehen:
ESP32 + VS1053 (kann man die Platinen dafür hier im Forum beziehen?)
ESP32 Audio Kit (welches Bernhard45 gerade vorstellt)
Edison Radio (wobei hier die vorbestückte Platine ziemlich teuer ist)

vom Audio Kit, ebenso von einem LyraT-Board würde ich mal noch abraten. Edzelf hat die Version 2 seiner Software noch nicht fertig und die alte unterstützt noch keinen I2S-DAC. Dann sind die Layouts der Audio-Kit auch nicht alle gleich, und man muss sich mühsam seine gpios suchen, die nicht alle rausgeführt sind, um z.B. ein SPI-Display anzuklemmen oder Encoder.

Das Edison-Radio ist auch an den VS1053 gebunden. Es bietet durch den Spectrum-Analyzer die tollste Ausgabe, vermutlich aber nur für Ili9341-Displays. Andere Display wären mal noch zu testen (steht auf meiner Liste).

Dann gäbe noch Ka-Radio32. Neben VS1053 bietet es auch I2S und internen DAC als Ton-Ausgabe. Display-Vielfalt ist auch gegeben und ganz einfach mit seriellen Befehlen zu konfigurieren. Braucht mal dort aber eine gpio-Belegung für Bedienelemente, die von den fertigen binaries abweicht, muss man sich die ESP-IDF als Entwicklungsumgebung installieren um ein angepasstes Template zu kompilieren. Damit kämpfe ich schon seit Wochen erfolglos. Wenn mir das mal gelingt kann man damit auch das Audio-Kit oder LyraT-Board füttern.

[Rene66]

Vielen Dank für die nette Begrüßung,

ich lese hier schon ein paar Tage mit und bin sehr angenehm Überrascht, mit welcher Fachkompetenz verständliche Beiträge verfasst werden und das Wissen geteilt wird. Das "ESP32 Webradio Platine Version 1.1" wird wohl mein Einstieg in die Internetradiowelt werden. Als nächstes werde ich meinen PC mit der notwendigen Software ausstatten (auf Windows10 Basis) und das notwendige Material besorgen. Oder ist für diese Projekte die LINUX Welt besser geeignet?

Gruß René

[saarfranzose]

..-Das Edison-Radio ist auch an den VS1053 gebunden. Es bietet durch den Spectrum-Analyzer die tollste Ausgabe, vermutlich aber nur für Ili9341-Displays. Andere Display wären mal noch zu testen (steht auf meiner Liste)..

wie befürchtet ist die Edison-Software wirklich nur für ein Ili9341 mit 240x320pix ausgelegt. Das wird dem Spectrum-Analyzer geschuldet sein. Man kann zwar per define den Displaytyp ändern (es ist ja eine erweiterte Edzelf-Software) , dann läuft die Kompilierung aber in eine lange Liste mit Fehlern.

Als nächstes werde ich meinen PC mit der notwendigen Software ausstatten (auf Windows10 Basis) und das notwendige Material besorgen. Oder ist für diese Projekte die LINUX Welt besser geeignet?

die ersten Versionen von Edzelf konnte man noch problemlos mit der Arduino-IDE übersetzen. Die IDE wird einfach über den Microsoft-Store als App installiert. Vor geschätzt einem Jahr ist Edzelf dann umgestiegen auf PlatformIO. Eine recht komplexe Umgebung. Durch Umbenennen und Pfadänderungen einiger Dateien des Edzelf-Paketes ist aber weiterhin ein Arbeiten mit der IDE möglich.

KaRadio geht einen anderen Weg. Man lädt einfach fertige Binaries mit einem kleinen tool. Will man aber in die Software eingreifen benötigt man die Espressif-Umgebung. Diese gibt es für Microsoft, Linux oder macOS.

Für zukünftige ESP-Radios hat Bernhard ein Mini-iRadio für ESP angekündigt. Davon verspreche ich mir eine ähnlich hohe Flexibilität wie bei iRadio für Raspberry und warte mit Spannung darauf. Dann wird auch das Audio-Kit, um das es in diesem thread ja eigentlich geht, wieder zu einem Thema.

[pintel]

Ich habe noch Miniplatinen. Es wurden keine Anschlüsse raus geführt. Man kann die Drähte für Display, Regler, Tasten, IR-Empfänger... bei Bedarf unten anlöten. Ansonsten lässt sich ja alles über den Webbrowser einstellen. Die Stromversorgung erfolgt über den USB des ESP32. Das läuft absolut stabil. Wenn Du welche haben möchtest, einfach PN schreiben.