Internet Radio
2023.11.01
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
低消費電力のインターネット・ラジオ環境を整備してみました。
英語のリスニングへの活用や音楽を楽しんでみてはいかがでしょうか？
●Raspberry Pi 1 Model B(初代)
最近、Raspberry Pi 5 が発売され、巷では性能評価などが多く取り上げられています。
しかし、システム要件を考えると必ずしも必要とは限りません。
今回は最新機種とは真逆の初代機種を活用します。
Raspberry Pi Model B は、2012年2月に発売が開始されました。
最大消費電力は、Raspberry Pi Zero W と同等の6Wで普通のUSB電源タップに接続して使用することが可能です。
メモリは半分の256MB、クロック数は若干低く700MHz の製品です。
Raspberry Pi 5 の25Wと比較した場合にはその消費電力は1/4以下です。
発売は終了していますが、現在でもヤフオクやメルカリなどで2000円前後で購入可能です。
そして、このスペックであっても十分インターネット・ラジオを視聴することができます。
Raspberry Pi シリーズ最初のボード。 BCM2385 に乗っているアプリケーションコアARM1176JZFはarmv6 命令セットの700 MHz動作します。
初期ロットはメモリが256MBytesだったのに対し、2012-Oct-15以降出荷の512MBytesに容量が増えています。
| シリーズ | Raspberry Pi5 | Raspberry Pi3
Model B+ | Raspberry Pi Zero W | Raspberry Pi
Model B |
| 発売時期 | 2023年9 | 2018年3月 | 2017年2月 | 2012年2月 |
| プロセッサ | BCM2712 64bit | BCM2837 64bit | BCM2835 32bit | BCM2835 32bit |
コア数
クロック | 4/2.4GHz | 4/1.4G Hz | 1/1GHz | 1/700M Hz |
| メモリ | 1～8GB | 1GB | 512MB | 256MB/512MB |
| ストレージ | microSD | microSD | microSD | SD |
| USB | USB2.0:2/3.0:2 | USB2.0:4 | USB2.0:1
(microB/OTG) | USB2.0:2 |
| 有線LAN | 10/100/1000 | 10/100/1000 | | 10/100 |
| 無線LAN | 2.4GHz/5GHz | 2.4GHz/5GHz | 2.4GHz | |
| Bluetooth | 5.0,5.0 LE | 4.2/BLE | 4.1/BLE | |
映像
カメラ | microHDMIx2(4K)
MIPIx2 | HDMI/DSI/CSI | HDMI(mini)/CSI-2 | HDMI/DSI/CSI
コンポジット(RCA) |
| 音声出力 | microHDMIx2/I2S | HDMI/3.5mmジャック | HDMI (mini) | HDMI 3.5mmジャック |
| GPIO | 40 | 40 | 40 | 26 |
| 推奨電源 | 5V 5.0A(25W)
Type-C | 5V/2.5A(12.5W)
micro-B | 5V/1.2A(6W)
micro-B | 5V/1.2A(6W)
micro-B |
●4.3inch Car RearView LCD Monitor（Model:XY-X430）
モニターは初期インストールの際にのみ必要で、HDMI接続のものがあれば足りてしまうのですが、
Raspberry Pi Model B には標準でコンポジット端子(RCA)が付いているので、Ichigojamなどにも使用されている NTSCモニターを使ってみました。
このモニターは車載用なので12V仕様になっていますが、使い勝手が悪いので、USB 5V を昇圧して使用するように改造しました。
●MT3608 DC-DC昇圧電源モジュール
2-24V to 5-28V
・出力電流：Max.2A
・入力電圧：2V～24V
・出力電圧：5V～28V
・変換効率：～93%
モニター基板とUSB電源ケーブルの間に昇圧モジュールを挟むだけの簡単なものです。
昇圧モジュールの入力側に5V USBケーブルを取り付け、12Vに昇圧して、出力側を電源端子に取り付けています。
モニター使用時の消費電力は。
5.238V × 0.15A ＝ 0.786W でした。
4.3インチ車載液晶を5V化
車載モニターなので12V仕様になっていますが、内部モジュールは5V駆動で12Vを5Vに降圧しているようです。
そのため、降圧回路をバイパスして直接5Vを供給することも、実装されている基板によっては容易にできるようです。
●Wi-Fi USB Adapter
このアダプタはRspberry Pi のUSB端子に挿すだけで認識されました。
BUFFALOのWLI-UC-GNMも使えるようですが、Nano2(待機電力：最大約0.5W / 消費電力：最大約1.3W)に比べて消費電力が多いようです。
●Raspberry Pi OS
デスクトップ版は必要ないので、動作の軽いコンソール(CUI)版をダウンロードします。
2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite.zip
8GBのSDカードをイメージを焼き付けインストールします。
この初期設定の際にのみワイヤレス英語キーボードのドングルをUSB端子に取り付けます。
$ cat /etc/os-release && uname -r && cat /sys/firmware/devicetree/base/model
NTSCモニターはRCAコンポジット端子に接続するだけで認識します。
2段のUSB端子の上段には英語配列ワイヤレスキーボードのレシーバを取り付けています。
さすがに文字が潰れて見にくいのですが、慣れていればなんとかなります。
初期アカウントは ユーザー名:pi / パスワード:raspberry です。
ネットワーク設定だけ行って、あとはSSH接続で外部から操作します。
$ sudo cat /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=JP
network={
ssid="[ブロードバンドルーターのSID]"
psk="[パスフレーズ]"
}
※idとパスフレーズはダブルクォーテーションで囲むのみです。鍵かっこは必要ありません。
ネットワークIPを固定化します。BUFFALOのブロードバンドルーターなどは下記のようになります。
$ sudo vi /etc/dhcpcd.conf
interface wlan0
SSID [ブロードバンドルーターのSID]
static ip_address=192.168.11.10/24
static routers=192.168.11.1
static domain_name_servers=192.168.11.1
※鍵かっこは必要ありません。IPアドレスは他の機器と重複しないように任意に設定してください。
ssh接続設定を行います。
$ sudo service ssh status
Active: inactive (dead)
$ sudo service ssh start
Active: active (runnning)
自動起動設定
$ sudo systemctl enable ssh
あとは、SSH接続によりTeraTermから操作します。
●インターネット・ラジオの構成
Raspberry Pi のイヤホンジャックとポータブルラジオの外部入力端子を繋いで、スピーカーとして用います。
2段になっているUSB端子の上段にはMP3データの入っているストレージを挿しています。ネット・ラジオの他に手持ちの楽曲も楽しめるようにしています。
●mplayer
インターネット・ラジオに対応している mplayer をインストールします。
$ sudo apt update
$ apt-cache search mplayer | grep mplayer
mplayer - movie player for Unix-like systems
$ apt-cache show mplayer | more
Package: mplayer
Version: 2:1.3.0-8+deb10u1
Architecture: armhf
$ sudo apt-get install mplayer
●視聴
視聴は、Raspberry Pi Model B にSSH接続して、TeraTermから操作しています。
ここではネット・ラジオにmedia-ice.musicradio.comを利用しています。
$ mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3
初代Raspberry Piでも音が途切れることなく視聴できています。
YouTube動画としてアップしていますので、タイトル画像をクリックして、ストリーミングの様子を確認してみてください。
ちなみにそのとき流れていた楽曲は、William Lloyd Webber (1914-1982) / Invocation です。
ネット・ラジオ視聴時の消費電力は
5.076V × 0.42A ＝ 2.132W
USB端子に取り付けているNano2の消費電力を約1Wとすると相当低消費で稼働しています。
この時点で視聴できるサイトには下記のようなものがあります。
・http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3
・http://stream.live.vc.bbcmedia.co.uk/bbc_world_service
・http://sk.cri.cn/am1008.m3u8
・http://media-ice.musicradio.com/ClassicFM-M-Movies
●システム空領域の確認
システム用SDカードは8GBのものを用いましたが、全然余裕があります。
$ df
Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/root 7429048 1535784 5558344 22% /
devtmpfs 187228 0 187228 0% /dev
tmpfs 220204 0 220204 0% /dev/shm
tmpfs 220204 3148 217056 2% /run
tmpfs 5120 4 5116 1% /run/lock
tmpfs 220204 0 220204 0% /sys/fs/cgroup
/dev/mmcblk0p1 258095 48782 209313 19% /boot
tmpfs 44040 0 44040 0% /run/user/1000
CUI版OSなので空領域も十分残っています。
●インターネット・ラジオの仕組み HTTP Live Streaming (HLS)
HTTP Live Streaming (HLS)は、Apple社が独自に開発した規格で、HTTPストリーミング配信では最も多く利用されているプロトコルです。
HLSはインデックスファイルとセグメントファイルとに分かれて構成されていて、インデックスファイルはm3u8プレイリストと呼ばれ、セグメントファイルの場所や再生時間、再生順序などを定義したメタデータです。
一方のセグメントファイルはtsファイルと呼ばれており、MPEG2 Transport Stream形式で細かく分割された複数の動画データファイル形式で配信されます。
クライアントがライブストリームを再生する際、常にプレイリストをリロードし新しいセグメントをバッファリングすることにより、長時間の配信を可能にしています。
ライブストリームの配信を最適化するPlaylist Delta 更新はHLS Playlistをリロードする新しい方法で、サーバはクライアントに最新の変更だけを送ることにより、ライブストリーム生成時のオーバーヘッドを減少させて
います。
プロトコルを理解する道具として、m3u8 parser を用いると、より深くファイルの構造を知ることができます。
HTTP ライブ ストリーミング (HLS)
HTTP Live Streaming, HLSのまとめ
Playlist Deltaについて
●Mount Point
Garfnet - Internet radio player URLs
Global Streaming
●Adafruit PiTFT - 320x240 2.8" TFT+Touchscreen for Raspberry Pi
たまたまメルカリに初代Raspberry Pi用のTFT HATが出品されていたので、思わず買ってしまいました。
現時点ではまだ市販もされているようです。
PiTFT は Pi 1 モデル A または B にぴったりとフィットするように設計されています。
320x240 16ビットカラーピクセルと抵抗膜式タッチ オーバーレイ(resistive touch overlay)を備えた 2.8 インチ ディスプレイを備えています。
プレートは Pi の高速 SPI インターフェイスを使用し、ミニ ディスプレイをコンソール、X ウィンドウ ポート、画像やビデオなどの表示として使用できます。
ハードウェア SPI ピン (SCK、MOSI、MISO、CE0、CE1) および GPIO #25 および #24 を使用します。他のすべての GPIO は使用されません。スペースが少ししかなかったので、4 つの GPIO に接続されたオプションのスリム触覚スイッチ用のスポットが 4 つあり、基本的なユーザー インターフェイスを作成したい場合に使用できます。
●Installer script
Easy Install
$ cd ~
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y git python3-pip
$ pip3 install --upgrade adafruit-python-shell click
$ git clone https://github.com/adafruit/Raspberry-Pi-Installer-Scripts.git
$ cd Raspberry-Pi-Installer-Scripts
$ sudo -E env PATH=$PATH python3 adafruit-pitft.py --display=28r --rotation=270 --install-type=console
$ sudo reboot
1999年公開の映画『マトリックス』風のターミナル・グリーンにしてみました。
コマンドプロンプトの表示形式の設定は、「$PS1」という環境変数に設定されています。
$ echo $PS1
\[\e]0;\u@\h: \w\a\]${debian_chroot:+($debian_chroot)}\[\033[01;32m\]\u@\h\[\033[00m\]:\[\033[01;34m\]\w \$\[\033[00m\]
$ cp .bashrc .bashrc_org
$ vi .bashrc
PS1='${debian_chroot:+($debian_chroot)}\[\033[01;32m\]\u@\h\[\033[00m\]:\[\033[01;34m\]\w \$\[\033[00m\] '
↓
PS1='${debian_chroot:+($debian_chroot)}\[\033[01;32m\]\u@\h:\w \$ '
ツール・ラボ 第15回 Raspbian補足
$ source ~/.bashrc
表示方向の変更は rotate=270 の部分を変更してください。
$ sudo vi /boot/config.txt
dtoverlay=pitft28-resistive,rotate=270,speed=64000000,fps=30
Adafruit PiTFT 2.8" - HELP! (FAQ)
【余談】ESP32による Internet Radio の構築（失敗）
ESP32のWiFi機能を利用してMP3データを取得して、VS1053でデコード、再生しようと考えました。
ESP32S2ボードでは全体的な処理が追い付かないようで、エラーが発生してしまいました。
●VS1053 Codec + MicroSD Breakout - MP3/WAV/MIDI/OGG Play + Record - v4
Adafruit VS1053 MP3/AAC/Ogg/MIDI/WAV Codec Breakout Tutorial
●Adafruit_VS1053_Library
adafruit/Adafruit_VS1053_Library
●Adafruit QT Py ESP32-S2 WiFi Dev Board with STEMMA QT
・ESP32-S2 240MHz
・4 MB Flash & 2 MB PSRAM
・2.4 GHz Wi-Fi (SoC)
・Two I2C ports
・Hardware UART
・Hardware SPI
・Hardware I2S on any pins
・3.3V regulator with 600mA peak output
Adafruit QT Py ESP32-S2
●Qt Py ESP32-S2 Pinout
●Simple Audio Player
| SPEAKER 8Ω | - | VS1053 | - | ESP32S2 |
|---|
| | | VCC | - | 3V |
| | | GND | - | GND |
| | | CLK | - | SCK |
| | | MISO | - | MISO |
| | | MOSI | - | MOSI |
| | | CS | - | A1 |
| | | RST | - | A0 |
| | | XDCS | - | A2 |
| | | SDCS | - | A3 |
| | | DREQ | - | 4 |
| SPEAKER(ー) | - | AGND | | |
| SPEAKER(＋) | - | LOUT | | |
| SPEAKER(＋) | - | ROUT | | |
●schreibfaul1/ESP32-vs1053_ext
schreibfaul1/ESP32-vs1053_ext
DEBUG: Connect to new host: "https://www.voanews.com/mp3/voa/english/nnow/NNOW_HEADLINES.mp3"
DEBUG: Song stopped correctly after 0 msec
DEBUG: SSL has been established in 982 ms, free Heap: 86196 bytes
lastURL: https://www.voanews.com/mp3/voa/english/nnow/NNOW_HEADLINES.mp3
DEBUG: ID3 framesSize: 45
DEBUG: ID3 version: 2.4
DEBUG: ID3 normal frames
DEBUG: Audio-Length: 4768896
DEBUG: slow stream, dropouts are possible
DEBUG: slow stream, dropouts are possible
●参考文献
・The 電子工作 - Internetラジオとプレイヤー
・ESP32でWebRadioを作成 - ブログだいちゃん
・schreibfaul1/ESP32-audioI2S
・asmnoak/ESP32_InternetRadio
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