适用于所有音频应用的Jetson设备

借助包括 Jetson Nano、Xavier NX 和 AGX Xavier 在内的模型，NVIDIA 生产了一系列紧凑型计算机，能够在各种环境中高效地部署 AI 解决方案，以满足不同的需求和期望。

Jetson Nano 开发者套件是一款小巧而强大的计算机，它允许用户同时运行多个神经网络，用于图像分类、对象检测、分割和语音处理等应用——所有这些都在一个功耗低至 5 瓦的紧凑型设备中。Jetson Nano 开发套件配备了各种外围设备，包括 USB、以太网和 HDMI 连接。一种缺少但常见的外围设备是某种形式的音频输入或输出。如今，许多设备都配备了音频插孔，有些甚至带有板载麦克风。

有很多方法可以为 Jetson 设备添加音频功能。USB 扬声器和USB 麦克风是一种简单的解决方案，但它们确实占用了宝贵的 USB 插槽，这些插槽可能更适合用于键盘、蓝牙功能、Internet Keys 和其他配件。

在 Jetson 设备上，NVIDIA 通过 40 针 GPIO 扩展接头提供对 I2C、SPI 和 I2S 等一系列外围设备的访问。为了处理音频，我们最感兴趣的是 I2S 外设，它是一种用于连接数字音频设备的电气串行总线接口。我们不需要从头开始创建 I2S 功能，但了解常见通信协议的来龙去脉总是有用的，因此有关 I2S 的更多信息，请查看这篇精彩的文章。

Jetson 的 40 针扩展接头使我们能够轻松访问 I2S 外围设备，并且通过适当的附加电子设备，我们可以快速利用 I2S 功能。

来自协议开发商飞利浦半导体的 I2S 时序图。（照片：SmartCow）

我们选择的硬件

Adafruit I2S MEMS 麦克风分线板 （SPH0645LM4H）是一款紧凑型音频录制解决方案，输入频率范围为 50 Hz 至 15 kHz。该板没有模拟输出，而是纯数字输出。

许多微控制器通常配备模拟输入，因此添加模拟音频信号是一项简单的任务。对于更大更复杂的微控制器和微计算机，不能保证模拟输入。更复杂的是，众所周知，模拟麦克风系统会渗入噪音。通常可以找到 I2S 外设来代替模拟输入。

麦克风是一个单声道元素——您可以选择使用左声道或右声道。对于那些更喜欢/需要立体声的人来说，使用两个麦克风的简单配置可以很容易地实现，一个麦克风设置在左声道，第二个麦克风设置在右声道。值得一提的是，该设备是从设备，必须使用外部逻辑完全驱动。

Adafruit MAX98357 I2S D 类单声道放大器适用于具有数字音频功能的微控制器和微型计算机。它可以接收标准的 I2S 数字音频输入，并将其解码为模拟信号，然后直接放大到扬声器中。这款紧凑型分线板解决了数字音频输出的两个常见任务：I2S 数字音频转换 （DAC） 和放大。放大增益也可以通过添加精心挑选的电阻器或可变电阻器来修改。

输出是一个大约 300kHz 的方波 PWM，由扬声器线圈平均 - 听不到高频。事实上，它无需任何中间步骤即可直接驱动通用扬声器。

这款小型单声道放大器的重量超过了它的重量 - 能够为 4 欧姆阻抗扬声器提供高达 3.2 瓦的功率（5V 功率 @ 10% THD）。鉴于其 D 类架构，该放大器非常高效，可轻松在 2.7V 至 5.5V 直流电源下运行 - 非常适合便携式和电池供电项目。

设置 Jetson Nano

Jetson Nano 是这个项目的核心。设置 Jetson Nano 是一个有据可查的过程。您可以找到有关如何完成此任务的各种资源。

对于我们的任务，Jetson Nano 需要一根用于供电和编程的 USB 到 UART 电缆、一个键盘、鼠标和 HDMI 显示器。此外，我们需要将分线板连接到 Jetson Nano：

确保还将您的 MAX98357A 输出连接到扬声器。我们使用了 8 欧姆、15 瓦的扬声器和 Jetson Nano 提供的 3.3V 电源。

配置 I2S

Jetson Nano 与 SPH0645 和 MAX98375A + 扬声器（照片：SmartCow）

启动 Jetson Nano 后，在 Jetson 40 引脚 GPIO 扩展接头中配置 I2S 引脚是一个非常简单的过程：

1. 在开发者工具包上，打开命令行终端并运行以下命令：

2. Jetson 将启动并显示其主显示屏。在我们的例子中，我们想要手动配置 Jetson 40pin 接头和配置接头引脚。

3. 在“选择所需功能（针对引脚）：”页面上，选择 i2s4 选项。

4. 之后，您将被带回主页并要求重新启动并保存您所做的重新配置，因此请继续并重新启动。

配置 Jetson 40pin 接头（照片：SmartCow）

手动配置头针（照片：SmartCow）

选择 i2s4 外设（照片：SmartCow）

保存引脚更改（照片：SmartCow）

保存并重启！（照片：SmartCow）

如果您需要有关配置 Jetson 引脚的进一步指导，请查看此链接。

重新启动并重新登录 Jetson Nano 后，您需要安装以安装任何更新，并下载几个库。

让我们初始化我们的麦克风设置：我们所要做的就是重置我们的声卡，设置我们的音量，并指定我们希望我们的音频信号使用的路径。

在设置采样率（48kHz）并指定所需的录音长度（本例中为 30 秒）后，我们终于可以开始录音了！

录制后你会注意到我们现在有一个名为“test.wav”的文件，这是录制的音频。我们还没有完成，我们还可以播放录制的音频。让我们重置声卡并设置音量。

现在剩下要做的就是输入命令来播放生成的音频文件。

一定要花点时间坐下来享受聆听演讲的乐趣。请随时查看我们的迷你演示。我们通过 SPH0645 麦克风录制了一首歌曲，并使用 MAX98357 播放。

结论

任务完成！我们已经成功地为 Jetson Nano 开发套件构建了一个端到端音频系统，该系统仅由一根 USB 电缆供电。接下来，您可能会包含一个机器学习模型并播放经过更改的录音版本。考虑从一种语言翻译成另一种语言，添加过滤和压缩等音频效果，或创建语音映射（谁不想听起来像达斯维德或摩根弗里曼？）

审核编辑：郭婷