bluetooth：raspberry4b play audio

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此前已经在raspberry4b上安装了Ubuntu24.04系统，想尝试在raspberry4b能够播放音频，以及验证播放音频的方式。例如：通过3.5mm耳机口播放音频和蓝牙音响播放音频。下文就是对这些内容的详细记录，以便后续查阅。

环境介绍：

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# 硬件信息
树莓派4B 8GB

# 系统信息
uname -a
Linux caojun-desktop 6.8.0-1010-raspi #11-Ubuntu SMP PREEMPT_DYNAMIC Thu Aug  8 23:22:41 UTC 2024 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

缘起

{% post_link 'bluetoothctl client tool' %} 介绍了为什么要写一个蓝牙应用库，既然选择了在树莓派上开发，那么就需要在树莓派上验证蓝牙应用库的可用性。通过树莓派运行蓝牙应用库连接蓝牙音响设备播放音频文件，我就可以证明蓝牙应用库的可用性。

在购入树莓派之前，我有查询过树莓派可以实现多媒体应用：视频和音频。树莓派硬件自带了一个3.5mm的音频输出口，以及两个micro hdmi接口。

验证

查看树莓派4B有哪些音频播放接口，可以通过一下两种方式：

  • 方式1：执行命令 cat /proc/asound/cards

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    0 [Headphones     ]: bcm2835_headpho - bcm2835 Headphones
                         bcm2835 Headphones
    1 [vc4hdmi0       ]: vc4-hdmi - vc4-hdmi-0
                         vc4-hdmi-0
    2 [vc4hdmi1       ]: vc4-hdmi - vc4-hdmi-1
                         vc4-hdmi-1

  • 方式2：执行命令 sudo apaly -l

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    **** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
    card 0: Headphones [bcm2835 Headphones], device 0: bcm2835 Headphones [bcm2835 Headphones]
      Subdevices: 8/8
      Subdevice #0: subdevice #0
      Subdevice #1: subdevice #1
      Subdevice #2: subdevice #2
      Subdevice #3: subdevice #3
      Subdevice #4: subdevice #4
      Subdevice #5: subdevice #5
      Subdevice #6: subdevice #6
      Subdevice #7: subdevice #7
    card 1: vc4hdmi0 [vc4-hdmi-0], device 0: MAI PCM i2s-hifi-0 [MAI PCM i2s-hifi-0]
      Subdevices: 1/1
      Subdevice #0: subdevice #0
    card 2: vc4hdmi1 [vc4-hdmi-1], device 0: MAI PCM i2s-hifi-0 [MAI PCM i2s-hifi-0]
      Subdevices: 1/1
      Subdevice #0: subdevice #0

通过上述查询接口，树莓派4B提供了3个音频接口：bcm2835 Headphones（即3.5mm耳机口）、vc4-hdmi-0、vc4-hdmi-1

耳机口播放音频

准备工作：

  • 3.5mm耳机线插入树莓派
  • 树莓派中下载alsa-utils工具

可以通过命令查询alsa-utils是否安装：dpkg -l | grep alsa-utils，若没有安装，则通过命令安装：sudo apt install alsa-utils

alsa-utils工具包含了：aplay（播放音频） 、 arecord（录制音频） 、 alsamixer（基于文本界面的音频设备管理） 、 amixer（调整设备音量），而且在 /usr/share/soudns/alsa 目录下会提供多个wav音频文件。

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$ ll /usr/share/sounds/alsa/
-rw-r--r--  1 root root 137134  4月  7 15:09 Front_Center.wav
-rw-r--r--  1 root root 142128  4月  7 15:09 Front_Left.wav
-rw-r--r--  1 root root 146990  4月  7 15:09 Front_Right.wav
-rw-r--r--  1 root root 135202  4月  7 15:09 Noise.wav
-rw-r--r--  1 root root 130096  4月  7 15:09 Rear_Center.wav
-rw-r--r--  1 root root 126064  4月  7 15:09 Rear_Left.wav
-rw-r--r--  1 root root 146480  4月  7 15:09 Rear_Right.wav
-rw-r--r--  1 root root 134868  4月  7 15:09 Side_Left.wav
-rw-r--r--  1 root root 129966  4月  7 15:09 Side_Right.wav

可以先通过alsamixer选择默认音频设备，并调节音量。接着通过aplay播放wav音频文件

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# 播放方式1
sudo aplay /usr/share/sounds/alsa/Front_Center.wav

# 播放方式2, 指定CARD和DEV
sudo aplay /usr/share/sounds/alsa/Front_Center.wav -D plughw:CARD=0,DEV=0

若一切正常，则会从耳机中听到英文声音：Frong Center

调节设备音量：

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# 音量调节至90%
amixer sset Master 90%

# 音量调节至20%
amixer sset Master 20%

再次播放wav音频文件，验证音量设备是否成功。

注意：这里发现一个奇怪的现象：对于alsa-utils工具包的软件都需要使用管理员权限执行，即sudo，否则就会有问题。

蓝牙音响播放音频

树莓派通过蓝牙适配器连接蓝牙音响，然后播放音频文件。其中主要解决的问题是：蓝牙连接成功后，如何将将音频文件传输到蓝牙音响，并输出音频？

通过互联网上的资料，我可以确认有两种解决方案：

  • bluez+bluealsa

    bluealsa 是一个用于将 ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux音频架构）与 Bluetooth 低功耗（即 BLE）音频协议相结合的解决方案。它使得 Linux 系统能够通过 BLE 连接蓝牙音频设备，并让蓝牙音频设备播放音频文件。

    bluealsa 的核心是bluealsa与 BlueZ 蓝牙守护进程bluetoothd和本地蓝牙适配器交互的守护进程。它处理 A2DP、HFP 和 HSP 的配置文件（即Profile）连接和配置逻辑，并通过 D-Bus 将生成的音频流呈现给应用程序。

  • bluez+pulseaudio

编译安装bluealsa

Github 开源项目：bluez-alsa

该开源项目README.md文件给出了一个提示：

警告：

从tag 4.3.1版本最新的源文件为核心组件使用了新的名字：

  • bluealsa daemon现在改为了 bluealsad daemon
  • bluealsa-cli utility现在改为了 bluealsactl utility

由于安装Ubuntu 24.04的树莓派目前不支持通过apt安装bluealsa，故这里通过编译安装，以下是详细过程。

  • 对于如何通过源码编译构建，该项目也很贴心的给出了指引文件INSTALL.md。更加详细的编译安装教程可以查看Installation from source，甚至不同的操作系统也都给出了，例如：Debain/Raspberry Pi OS/Ubuntu、Fedora、Arch。这里选择Ubuntu的安装过程即可。

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    # 安装编译环境
    sudo apt update
    sudo apt-get install git automake build-essential libtool pkg-config python3-docutils
    sudo apt-get install libasound2-dev libbluetooth-dev libdbus-1-dev libglib2.0-dev libsbc-dev

  • 通过git克隆blue-alsa仓库到本地

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    # 克隆仓库
    cd ~
    git clone https://github.com/arkq/bluez-alsa.git
    cd blue-alsa

  • 准备编译构建

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    # 使用自动配置工具适配当前开发环境，最后生成configure配置文件
    autoreconf --install --force

    # 创建build目录，存放编译过程文件
    mkdir build
    cd build

    # 在build目录下，运行配置文件（这里没有增加额外的参数）
    ../configure

    # 编译和安装
    make
    sudo make install

运行bluealsa

在连接蓝牙音频设备之前，确保 hciconfig -a 可以查询到hci接口，确保 bluetoothd 已经运行。然后运行 bluealsa ，执行命令：

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# 运行方式1，以root权限运行，注意：这里有bluealsa后台打印信息输出 
sudo bluealsa --profile=a2dp-source &

# 运行方式2，以root权限运行，禁止bluealsa后台打印信息输出
sudo bluealsa --profile=a2dp-source > /dev/null 2>&1 &

# 运行方式3，通过systemd运行bluealsa
sudo systemctl start bluealsa.service

使用 bluetoothctl 搜索、配对、连接蓝牙音频设备（此部分不做说明），修改asoundrc.conf，最后使用 aplay 播放wav音频文件

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# 修改asoundrc.conf
pcm.!default "bluealsa"
ctl.!default "bluealsa"

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# aplay播放wav文件
sudo aplay /usr/share/sounds/alsa/Front_Center.wav

asoundrc.conf

ALSA 正常工作不需要用户端文件.asoundrc 或 asound.conf配置文件。asoundrc.conf 文件用于通过 alsa-lib 层实现额外的功能，例如路由和采样率转换。

alsa-lib 软件包提供了 /usr/share/alsa/alsa.conf 文件作为主入口点。该文件负责包含系统上所有可能的 .asoundrc 格式文件。alsa.conf 会加载系统全局自定义设置文件 /etc/asound.conf 和每个用户的自定义设置文件 ~/.asoundrc。

用户自定义的 ~/.asoundrd.conf 文件需要用户手动创建，并且文件该作用域大于全局自定义的 /etc/asoundrc.conf 。

参考

1、树莓派笔记：使用ALSA+A2DP+PulseAudio自制蓝牙音箱

2、Asoundrc