オーディオと LE Audio¶

IPRO7 は、アナログマイクと PDM マイク用のオーディオ ADC（AUADC）、10 ビット DAC（GPDAC）、I2S を備えています。SDK はその上に components/audio の入力フレームワークと出力フレームワークを置き、LC3 などのコーデック、CherryUSB による USB オーディオ、BLE ホストの LE Audio プロファイルを加えています。IPRO7AI Reef EVK では、出荷時ファームウェア ipro7ai_reef_demo がシェルからすべてのオーディオブロックを操作でき、その src/audio.c がこのページのリファレンスコードです。

アーキテクチャ¶

flowchart LR
  PDM["PDM マイク"] --> AUADC["AUADC"]
  HS["ヘッドセットマイク（J2）"] --> AUADC
  AUADC --> CAP["audio_capture"]
  CAP --> APP["アプリケーション<br/>（録音、モニター、ASRC）"]
  APP --> OUT["audio_output"]
  OUT --> DAC["GPDAC → スピーカーアンプ / ヘッドホン"]
  OUT --> UAC["USB UAC → ホスト"]
  ISO["LE Audio ISO（CIS）"] --> DEC["LC3 デコード"] --> HDAC["ヘッドセットの DAC 経路"]

オーディオハードウェア¶

IPRO7AI Reef EVK V4.0 のオーディオブロックと、コードで使うボードヘッダーの名前（bsp/board/ipro7/ipro7ai_reef_board_config.h）：

• ヘッドホンジャックには常に DAC の信号が出力されます。「ヘッドホンのみ」とはスピーカーアンプをオフにしておくことで、それ以外に経路を切り替えるスイッチはありません。
• PDM の経路は 16,000 Hz ちょうどではありません。公称値は 15,875 Hz（2.032 MHz ÷ 128）で、Reef での実測値は約 15,872 Hz です。mic sdrec は測定したレートを WAV ヘッダーに書き込み、mic usb は audio_asrc でホストの 16,000 Hz に変換します。
• audio_output の DAC バックエンドは 32 kHz 固定で動作します（audio_capture.h の DAC_RATE）。それ以外のサンプリングレートはリサンプリングされます。
• アンプのゲインは高く（デモの README では 30 V/V）、デモはデフォルトで振幅 20 % でトーンを再生します。
• CONFIG_DMA_CHANNEL_ALLOCATOR=y を設定してください。入力、再生、USB のアイソクロナスエンドポイントが、衝突することなく実行時に DMA チャネルを取得できます。

ジャックの種類、コネクター、ピン配置の全体は IPRO7AI Reef EVK ページにあります。IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK には独自のオーディオサンプル（ipro_pdm_mic_demo、ipro7ai_evk_demo）があります。それぞれのボードのページを参照してください。

オーディオフレームワーク¶

CONFIG_AUDIO_OUTPUT=y
CONFIG_AUDIO_CAPTURE=y
CONFIG_DMA_CHANNEL_ALLOCATOR=y
# audio_output の UAC バックエンドによる USB マイク
CONFIG_COMPONENTS_CHERRYUSB_ENABLE=y
CONFIG_CHERRYUSB_DEVICE=y
CONFIG_CHERRYUSB_DEVICE_AUDIO=y

リサンプラー、クロックドリフト補正リサンプラー（audio_asrc）、スピーカー EQ、低音強調は常にビルドされます。

各部分の使い方：

• audio_capture_init() は audio_capture_cfg_t（ソースの種類、サンプリングレート、フレームサイズ、PDM またはアナログの設定）を受け取ります。audio_capture_add_consumer() は専用のバッファーを持つコンシューマー ID を返し、audio_capture_start() が DMA を開始し、audio_capture_read(id, buf, bytes, timeout_ms) が PCM を返します。
• audio_output_create() は audio_output_cfg_t を受け取ります。AUDIO_OUTPUT_MODE_STREAMING では循環 DMA リングから連続して再生し、audio_output_write(out, pcm, samples) はリングがいっぱいのときに短時間だけブロックします。AUDIO_OUTPUT_MODE_ONESHOT ではバッファー全体の再生が終わるまでブロックします。audio_output_write() の 3 番目の引数はバイト数ではなく、チャネルあたりのサンプル数です。
• DAC バックエンドでは、アンプのイネーブルピンとそのアクティブレベル（dac_spk_gpio、dac_spk_en_active）を渡します。audio_output_start() がアンプをオンにします。

Reef でのハンズオン¶

PDM マイクから 3 秒間録音してヘッドホンで再生し、続いて SD カードに WAV ファイルを録音し、ボードを USB マイクとして使います。すべて ipro7ai_reef_demo で動作します。抜粋は、独自のアプリケーションで再利用するコードです。

これらの確認を繰り返し実行できるテストにするには、アプリケーションのテストを参照してください。

LE Audio¶

LE Audio は ISO チャネルで LC3 オーディオを伝送します。ユニキャストには CIS、ブロードキャストには BIS を使います。受信側のデータ経路は次のとおりです。

flowchart LR
  P["スマートフォン（ユニキャストクライアント）"] -->|"CIS"| C["コントローラー bt54_iso2"]
  C --> H["ホスト：ASCS / BAP"]
  H --> Q["アプリケーションのキュー"]
  Q --> D["LC3 デコードタスク"]
  D --> O["DAC"]

.config に必要な設定（ipro_le_audio_headset/defconfig_reef からの抜粋）：

CONFIG_BT_CTLR_IPRO=y
CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_LIB="link1_periph"
CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_FEATURE="bt54_iso2"
CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_CFG_DBG=y
CONFIG_EM_SIZE=32
CONFIG_BT_CONN=1
CONFIG_BT_SETTINGS=y
CONFIG_BT_AUDIO=y
CONFIG_BT_AUDIO_RX=y
CONFIG_COMPONENTS_LC3_ENABLE=y

ビルドは Kconfig の依存関係を解決しないため、この抜粋ではなく defconfig_reef 全体から始めてください。このファイルは BAP、PACS、ASCS、ISO、CAP、CSIP、VCP も有効にしています。コントローラーアーカイブのルールは BLE 開発を参照してください。

ユニキャストヘッドセット¶

apps/bluetooth/le_audio/ipro_le_audio_headset は IPRO-LE-Audio としてアドバタイズします。LE Audio のユニキャストクライアントが接続し、ボードへの CIS を確立します。

make -C apps/bluetooth/le_audio/ipro_le_audio_headset DEFCONFIG=defconfig_reef   # 出力は build_reef/build_out/

Reef では、defconfig_reef は DAC 版です。出力は GPDAC へ送られ（J2 のヘッドホン、J2 にプラグが挿さっていないときはスピーカーアンプ）、VCP ボリュームレンダラーを通じて SW3 と SW4 で音量を下げ／上げ、SW5 でミュートします。このアプリケーションの他の構成（.config、DAC.config、UAC.config）は IPRO7 EVB 向けにビルドされます。ビルド、ペアリング、確認事項は LE Audio 入門を参照してください。

src/bap_server.c が PACS と ASCS を登録する部分（抜粋。ログと条件付きコンパイルを省略して簡略化しています。unicast_server_cb は同じファイルで定義されています）：

static const struct bt_audio_codec_cap lc3_sink_codec_cap =
    BT_AUDIO_CODEC_CAP_LC3(BT_AUDIO_CODEC_CAP_FREQ_16KHZ |
                       BT_AUDIO_CODEC_CAP_FREQ_32KHZ |
                       BT_AUDIO_CODEC_CAP_FREQ_48KHZ,
                   BT_AUDIO_CODEC_CAP_DURATION_7_5 |
                       BT_AUDIO_CODEC_CAP_DURATION_10 |
                       BT_AUDIO_CODEC_CAP_DURATION_PREFER_10,
                   BT_AUDIO_CODEC_CAP_CHAN_COUNT_SUPPORT(1),
                   26, 155, 1,
                   BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_MEDIA |
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_CONVERSATIONAL);

static struct bt_pacs_cap lc3_sink_cap = {
    .codec_cap = &lc3_sink_codec_cap,
};

int bap_server_init(void)
{
    struct bt_pacs_register_param pacs_param = {
        .snk_pac = true,
        .snk_loc = true,
    };
    struct bt_bap_unicast_server_register_param server_param = {
        .snk_cnt = CONFIG_BT_ASCS_MAX_ASE_SNK_COUNT,
        .src_cnt = CONFIG_BT_ASCS_MAX_ASE_SRC_COUNT,
    };
    int err;

    err = bt_pacs_register(&pacs_param);                     /* 1. PACS service */
    if (err != 0 && err != -EALREADY) {
        return err;
    }
    err = bt_pacs_cap_register(BT_AUDIO_DIR_SINK, &lc3_sink_cap);  /* 2. LC3 capability */
    if (err != 0) {
        return err;
    }
    err = bt_pacs_set_location(BT_AUDIO_DIR_SINK, BT_AUDIO_LOCATION_FRONT_LEFT);
    if (err != 0) {
        return err;
    }
    bt_pacs_set_supported_contexts(BT_AUDIO_DIR_SINK,
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_MEDIA |
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_CONVERSATIONAL |
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_UNSPECIFIED);
    bt_pacs_set_available_contexts(BT_AUDIO_DIR_SINK,
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_MEDIA |
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_CONVERSATIONAL |
                       BT_AUDIO_CONTEXT_TYPE_UNSPECIFIED);

    err = bt_bap_unicast_server_register(&server_param);      /* 3. ASCS endpoints */
    if (err != 0 && err != -EALREADY) {
        return err;
    }
    return bt_bap_unicast_server_register_cb(&unicast_server_cb);  /* 4. BAP callbacks */
}

ブロードキャスト¶

本リリースには BIS ブロードキャストを行う FreeRTOS アプリケーションはありません。ホストには bt_bap_broadcast_source_* と bt_bap_broadcast_sink_* の API が含まれており、zephyr/samples/bap_broadcast_source と bap_broadcast_sink が IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK 上の Zephyr でそれらを示しています。Reef 用の Zephyr ボードはありません（Zephyr RTOS を参照）。

プロファイル¶

ホストの subsys/bluetooth/audio/ には、Zephyr v4.4.0 の LE Audio プロファイル（BAP、CAP、PACS、ASCS、VCP、CSIP、MICP、MCP、TMAP など）のソースがあります。ヘッドセットが有効にしているもの：

LC3¶

• ビルド済みライブラリ components/3rdparty/liblc3/lib/libliblc3.a とヘッダー lc3.h。CONFIG_COMPONENTS_LC3_ENABLE=y で追加します。
• ビットレートは 16～320 kbps（LC3_MIN_BITRATE、LC3_MAX_BITRATE）。
• components/3rdparty にある他のコーデック：SBC（libsbc）、Opus（opus、ipro_agora_sentino が使用）、minimp3。

USB オーディオ¶

USB オーディオは、Reef の USB-C（Full Speed）で CherryUSB の UAC デバイスクラスを使います。

CONFIG_COMPONENTS_CHERRYUSB_ENABLE=y
CONFIG_CHERRYUSB_DEVICE=y
CONFIG_CHERRYUSB_DEVICE_AUDIO=y

CONFIG_AUDIO_OUTPUT=y も設定すると、audio_output に UAC バックエンドが加わります。.type = AUDIO_OUTPUT_UAC で出力を作成し、DAC と同じように PCM を書き込みます。ipro7ai_reef_demo は 2 つのコマンドでこれを使っています。

どちらも VID 0x3896、PID 0x0003 として認識されます。独自の USB オーディオデバイスを実装するアプリケーションは CONFIG_AUDIO_OUTPUT_UAC_EXCLUDE=y を設定します。IPRO7 EVB のサンプル ipro_pdm_mic_demo と、ipro_le_audio_headset の UAC.config は、それぞれ独自の UAC デバイスを持っています。

PDM 録音¶

ipro7ai_reef_demo は PDM マイク（pdm）またはヘッドセットマイク（headset）から録音します。

• mic gain <dB> で再生時のメイクアップゲイン（0～40 dB、デフォルト 20 dB）を設定し、mic ch <0|1> で PDM のスロットを選択します。
• mic status は、直前の録音のピーク、RMS、音声帯域（300～3,400 Hz）のレベルを dBFS で表示します。デシメーターはステップ状に立ち上がるため、開始後最初の 100 ms はこれらの値から除外されます。
• mic sdrec は 30 秒ごとにファイルをフラッシュするため、電源を切っても失われるのは最大で最後の 30 秒です。測定したレートが公称値の 15,875 Hz から 80 Hz を超えてずれている場合は、サンプルの欠落として報告され、ヘッダーには 15,875 Hz が書き込まれます。
• マイクの音をスピーカーでモニターするとハウリングが起きます。ヘッドホンと hp を使ってください。

IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK 用の PDM 録音のサンプルは ipro_pdm_mic_demo です（LC3 による BLE 転送、Android コンパニオンアプリのソースは tools/android/IproMicDemo/）。

本リリースの制限事項¶

• ipro_le_audio_headset：スマートフォンからのオーディオ再生は未検証です（README を参照）。ヘッドセットにはソース ASE がなく、マイクの音声は送り返しません。
• FreeRTOS の LE Audio ブロードキャストのサンプルはありません。ブロードキャストは IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK 用の Zephyr サンプルとしてのみ存在します。
• bt54_iso2 には 32 KB 以上の EM が必要ですが、コントローラーの PDS スリープは 16 KB の EM プロファイルにしか対応していないため、LE Audio の構成ではコントローラーは PDS に入りません。
• Reef V4.0 にはライン入力がありません。デモの README にある aux ソースと AUX-IN の記述は、以前のボードについてのものです。
• USB から BLE へのオーディオブリッジのサンプルは含まれていません。

関連するサンプルとドキュメント¶

• LE Audio 入門
• BLE 開発：コントローラーの選択、初期化の順序、GATT
• オーディオ API
• IPRO7AI Reef EVK：ジャック、スピーカーコネクター、ピン