Mic Visualizer

Lab 4: Microphone Visualizer

---

1. โครงสร้างภาพรวมของ Lab

Why? - ทำไมต้องเรียนรู้เรื่องนี้

• Real Audio Input: รับเสียงจาก PDM Microphone

• Level Metering: แสดงระดับเสียง (VU Meter)

• Real-time Visualization: แสดง waveform แบบ live

What? - จะได้เรียนรู้อะไร

1. Mic API: aic_mic_init(), aic_mic_read()

2. Level Calculation: Peak-to-Peak → Level percentage

3. VU Meter: Bar widget แสดงระดับเสียง

4. Fast Update: Timer 50ms สำหรับ smooth display

How? - จะทำอย่างไร

1. Initialize PDM microphone

2. อ่านข้อมูลเสียงทุก 50ms

3. แสดง waveform บน Chart

4. คำนวณและแสดง level บน Bar

---

2. หลักการทำงานและ Flowchart

2.1 PDM Microphone

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   PDM MICROPHONE                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                             │
│   PDM = Pulse Density Modulation                            │
│                                                             │
│   Sound → PDM Mic → 1-bit stream → Decimation → 16-bit PCM  │
│                                                             │
│   ┌─────┐     ┌──────────┐     ┌───────────┐                │
│   │ Mic │────▶│PDM Data  │────▶│ Decimator │────▶ Samples   │
│   └─────┘     │(1-bit)   │     │ Filter    │     (int16_t)  │
│               └──────────┘     └───────────┘                │
│                                                             │
│   Output: 16-bit signed samples at configured sample rate   │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2.2 VU Meter Concept

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     VU METER                                │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                             │
│   Peak-to-Peak → Level (%)                                  │
│                                                             │
│   Silent:    Vpp ≈ 0        Level ≈ 0%                      │
│   Quiet:     Vpp ≈ 5000     Level ≈ 8%                      │
│   Normal:    Vpp ≈ 20000    Level ≈ 30%                     │
│   Loud:      Vpp ≈ 50000    Level ≈ 75%                     │
│   Clipping:  Vpp = 65535    Level = 100%                    │
│                                                             │
│   ┌───────────────────────────────────────┐                 │
│   │████████████████░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░│  Level: 45%      │
│   └───────────────────────────────────────┘                 │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

---

3. ฟังก์ชันสำคัญ

3.1 Microphone API

Function	Description
aic_mic_init(sample_rate)	Initialize PDM mic
aic_mic_read(buffer, count)	Read samples
aic_mic_stop()	Stop recording

3.2 Measurement

Function	Description
aic_scope_calc_peak_to_peak()	Calculate Vpp

---

4. Code Example

4.1 Timer Callback

#define BUFFER_SIZE     512
#define SAMPLE_RATE     22050

static int16_t mic_buffer[BUFFER_SIZE];
static lv_obj_t *mic_chart = NULL;
static lv_obj_t *level_bar = NULL;
static lv_obj_t *level_label = NULL;

static void mic_timer_cb(lv_timer_t *timer)
{
    (void)timer;

    /* Read from microphone */
    if (!aic_mic_read(mic_buffer, BUFFER_SIZE)) {
        return;  /* Mic not ready */
    }

    /* Update waveform chart */
    for (int i = 0; i < 200; i++) {
        /* Map 16-bit signed to 0-100 */
        int32_t val = (mic_buffer[i * 2] + 32768) / 656;
        lv_chart_set_value_by_id(mic_chart, mic_series, i, val);
    }
    lv_chart_refresh(mic_chart);

    /* Calculate and display level */
    int16_t pp = aic_scope_calc_peak_to_peak(mic_buffer, BUFFER_SIZE);
    uint8_t level = (pp * 100) / 65535;
    lv_bar_set_value(level_bar, level, LV_ANIM_ON);
    lv_label_set_text_fmt(level_label, "Level: %d%%", (int)level);
}

void week5_ex4_mic_visualizer(void)
{
    /* Initialize microphone */
    aic_mic_init(SAMPLE_RATE);

    /* Waveform Chart */
    mic_chart = lv_chart_create(scr);
    lv_obj_set_size(mic_chart, 350, 150);
    /* ... setup chart ... */

    /* Level Bar (VU meter style) */
    level_bar = lv_bar_create(scr);
    lv_bar_set_range(level_bar, 0, 100);
    lv_obj_set_size(level_bar, 30, 150);
    lv_obj_align(level_bar, LV_ALIGN_RIGHT_MID, -20, 0);

    /* Level Label */
    level_label = lv_label_create(scr);
    lv_label_set_text(level_label, "Level: 0%");
    lv_obj_align(level_label, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -20);

    /* Timer - 50ms for smooth display */
    lv_timer_create(mic_timer_cb, 50, NULL);
}

---

5. องค์ความรู้และเทคนิค

5.1 Sample Rate for Mic

/* For voice: 8000-16000 Hz is sufficient
 * For music: 44100 Hz
 * Lower rate = less CPU, but less high freq
 */
#define SAMPLE_RATE 22050  /* Good balance */

5.2 DC Offset Removal

/* Mic often has DC offset - remove for cleaner display */
float dc = aic_scope_calc_dc_offset(mic_buffer, BUFFER_SIZE);
for (int i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++) {
    mic_buffer[i] -= (int16_t)dc;
}

---

6. แบบฝึกหัด

Exercise 1: Color Level Bar

เปลี่ยนสี Bar ตามระดับ:

• Green: 0-60%

• Yellow: 61-80%

• Red: 81-100%

Exercise 2: Peak Hold

แสดง peak level ที่ค้างอยู่ 2 วินาทีแล้วค่อยลดลง

---

7. References

• PDM Microphones

• VU Meter Standards

---

Previous Lab: Lab 3: Audio Waveform Next Lab: Lab 5: Oscilloscope UI