Pure-Path Audio Bridge คืออะไร?

แนวคิดคือเอาความสามารถ สองฝั่งของ UNO Q มาแบ่งงานกันอย่างชัดเจน

Project รองรับ Source ที่ Creator ระบุ เช่น:

• Spotify Connect
• UPnP / DLNA
• Local FLAC / WAV ผ่าน MPD

Hardware มีอะไรบ้าง?

BOM ของ Creator ระบุ:

• Arduino UNO Q × 1
• GY-PCM5102 / PCM5102A I2S DAC × 1
• Jumper Wire 6 เส้น
• Breadboard แบบ Optional สำหรับยึด Module
• USB-C Cable + 5V Supply
• Headphone Amp หรือ Amplifier ที่มี Line Input

Creator ประเมิน DAC Module ไว้ประมาณ: US$5

Audio เดินทางจาก Spotify ไปถึง DAC อย่างไร?

Audio Format ที่ Current Pipeline ใช้คือ:

s16le / stereo / 44.1 kHz

ทำไม Arduino Bridge เดิมไม่พอ?

Creator เริ่มจาก App Lab ก่อนจะเจอข้อจำกัดเชิง Bandwidth และ Peripheral

16-bit Stereo 44.1 kHz ต้องใช้ข้อมูลเท่าไร?

Source ระบุ Data Rate ที่ต้องส่ง:

176,400 bytes/s หรือประมาณ 176.4 kB/s

แต่ Stock Arduino Bridge ระหว่าง Qualcomm และ STM32 ทำงานที่:

115,200 baud ≈ 11.5 kB/s

จึงช้ากว่า Requirement หลายเท่า

อีกปัญหาคือ SAI2 / DMA

Creator ระบุว่า App Lab Sketch รันบน Precompiled Arduino Loader ที่ Device Tree ถูกกำหนดไว้แล้ว ทำให้ไม่สามารถ Enable SAI2 และ DMA ในรูปแบบที่ Project นี้ต้องการได้

STM32 Side จึงถูกเปลี่ยนเป็น Custom Zephyr Application

ทำไมจบที่ 3 Mbaud?

Creator ไม่ได้เลือก UART Speed จาก Datasheet อย่างเดียว แต่ทดลอง Bandwidth จริงก่อนล็อกค่า

Current Link ใช้:

• LPUART1
• 3 Mbaud
• RTS / CTS
• DMA

ทำ 44.1 kHz Clock ให้ตรงได้อย่างไร?

DAC Audio ไม่ได้สนใจแค่ Sample Content แต่ยังต้องมี Clock ที่ตรงด้วย

Source ระบุว่า STM32 HSI 16 MHz ไม่สามารถหารเป็น 44.1 kHz ได้ตรงพอใน Configuration นี้ และ Divider ที่ใกล้ที่สุด ทำให้ Frequency สูงเกินประมาณ 3%

Creator จึงใช้:

PLL2 + Fractional N

N = 56 + 3670/8192
P = 20

PLL2P = 11,289,599.61 Hz
ideal = 256 × 44,100
      = 11,289,600.00 Hz

error ≈ -0.035 ppm

Creator ยังใช้ 440 Hz Test Tone ตรวจด้วย Tuner App ก่อนเดินหน้าต่อ

Link Protocol, CRC-16 และ 64 KB Ring Buffer

PCM ไม่ได้ถูกส่งเป็น Byte Stream แบบไม่มีโครงสร้าง แต่ถูกแบ่งเป็น Frame

[A5 5A]
[seq u16]
[type u8]
[fmt u8]
[len u16]
[512 bytes PCM]
[CRC-16/CCITT]

STM32 ส่ง STATUS Frame กลับทุก:

100 ms

Status มีข้อมูล เช่น:

• Ring Fill
• Underrun
• Bad Frame
• Dropped Sequence Number
• RX Overflow
• Running PCM CRC-32
• Consumed Byte Count

Ring Buffer

Current Firmware มี PCM Ring ขนาด:

64 KB

Source ประเมินว่า เทียบได้ประมาณ:

370 ms ของ Audio

Sender ใช้ Ring Fill เป็น Feedback โดย Target อยู่ประมาณ:

50%

และ Source ระบุ P-control ค่า: Kp = 0.6

CRC พิสูจน์ Bit-perfect อย่างไร?

นี่คือ Section ที่สำคัญที่สุดของ Project

ฝั่ง Sender คำนวณ CRC-32 ของ PCM Byte ทุก Byte ที่ส่งออก

ฝั่ง STM32 คำนวณ CRC-32 ของ PCM Byte ที่นำออกจาก Ring แล้วส่งเข้าสู่ SAI DMA

ถ้า:

• Byte Count เท่ากัน
• CRC-32 เท่ากัน

Creator ถือว่า Digital Transport Path ชุดนั้นเป็น Byte-exact

sent_bytes=5292032
sent_crc32=5c906e27

stm32_consumed=5292032
stm32_crc32=5c906e27

MATCH

sent_bytes=105840128
sent_crc32=887b40e4

stm32_consumed=105840128
stm32_crc32=887b40e4

MATCH

Spotify ยังเป็น Lossy

ตาม Test Environment ที่ Creator รายงานในเดือนกันยายน 2026 Spotify Connect Source ที่ใช้ใน Project เป็น 320 kbps Ogg Vorbis

ดังนั้น:

Lossy Source + Bit-exact PCM Transport ยังเป็น Lossy Source

ส่วน FLAC 16-bit / 44.1 kHz ที่เข้ามาโดยไม่ถูก Software Mixer เปลี่ยนค่า จึงเหมาะกับการทดสอบ Bit-exact Path มากกว่า

Digital Volume ทำไมทำให้ Bit-perfect หาย?

GitHub Operating Notes อธิบายชัดว่า ทั้ง MPD และ librespot สามารถทำ Software Attenuation กับ PCM Samples

นั่นหมายความว่า ถ้า Volume ไม่ใช่ 100%:

• Audio ยังเล่นได้
• Sample ยังถูกต้องตามคำสั่ง Volume
• แต่ Sample ไม่เหมือน Reference เดิม
• CRC จึงไม่สามารถ Match แบบ Byte-for-byte ได้

Known Limitations: เล่นทีละ Source และระวัง PCM เก่าค้างใน Ring

1. Source Arbitration ยังไม่มี

librespot, MPD และ upmpdcli เขียนลง audio.fifo ร่วมกัน

Current System ไม่มีตัว Arbitration ที่บังคับว่า Source ไหนมีสิทธิ์เล่น

ถ้า Spotify กับ UPnP เล่นพร้อมกัน Blocks สามารถ Interleave และเกิด Stutter ได้

2. Current Firmware ยังไม่ Flush PCM Ring ตอน Stream จบ

Operating Notes บันทึกว่า ถ้า Stream ถูก Interrupt อาจมี PCM จาก Track ก่อนหน้า ค้างอยู่ใน 64 KB Ring

Creator เคยวัด PCM ค้าง:

20,480 bytes หรือประมาณ 31.2% ของ Ring

ผลคือ CRC Test รอบถัดไป อาจขึ้น MISMATCH เพราะ STM32 Consume Byte เก่าก่อน Byte ของ Test File ใหม่

sent_bytes=5292032
sent_crc32=5c906e27

stm32_consumed=5312512
stm32_crc32=36ee26b8

MISMATCH

3. มี Unexplained Power Loss หนึ่งช่วงทดสอบ

Operating Notes บันทึก Unclean Shutdown ระหว่าง UPnP Session แต่ Creator ยังไม่สามารถยืนยันสาเหตุว่าเป็น Power, Connector, Network Load หรือปัจจัยอื่น

Source ระบุไว้ตรง ๆ ว่า:

สาเหตุยังไม่ถูกระบุ

จึงไม่ควรสรุปเองว่าเป็น Brownout, Thermal Shutdown หรือ Firmware Bug

Enhanced Mode: AI ไม่แตะเสียงโดยตรง แต่ใช้เลือก EQ

Enhanced Mode มี:

• Flat
• Speech
• Warm
• Bright
• Bass
• Acoustic
• Custom 5-band EQ
• Auto ผ่าน YAMNet

แนวคิดสำคัญคือ:

Current Code กำหนด:

• Audio Input ของ Pipeline = 44.1 kHz stereo
• Classifier เก็บ Mono Buffer ประมาณ 1 วินาที
• Resample ไป 16 kHz
• Inference Interval = 2.0 วินาที

ดู Enhanced / Auto Mode ทำงานจริง

YAMNet ได้ยินอะไร แล้วเลือก EQ แบบไหน?

Current Code Map Audio Labels ไปยัง Preset แบบ Rule Table

Custom EQ

Current Code กำหนด Band Center:

• 60 Hz
• 250 Hz
• 1 kHz
• 4 kHz
• 12 kHz

User Gain Limit: ±12 dB

Per-context Feedback Offset: ±6 dB

Feedback Button เปลี่ยน Band ที่เกี่ยวข้อง ครั้งละประมาณ: ±1 dB

Click ตอนเปลี่ยน Preset ไม่ได้หายเพราะ Crossfade อย่างเดียว

Creator พบว่า การเปลี่ยน Filter Chain ทำให้เกิด Click

จึงเพิ่ม:

4096-frame Crossfade ≈ 93 ms

แต่หลัง Crossfade ยังเจอ Output พุ่งถึง Full Scale ระหว่างการสลับ Preset

จากการวัด Creator ตามไปพบว่า Initial State จาก scipy.signal.sosfilt_zi ไม่เหมาะกับกรณีที่ Filter Chain ใหม่ Fade เข้ากลางเพลง

Solution ที่ใช้ใน Project คือ:

เริ่ม Filter ใหม่ด้วย Zero Initial State

13×8 LED Matrix กลายเป็น VU Meter

Creator ใช้ LED Matrix บน UNO Q เอง เป็น Stereo VU Meter

Source ระบุว่าแสดง:

• Left RMS
• Right RMS
• Peak-hold Pixel
• Refresh ประมาณ 20 fps

VU ไม่ได้ใช้ Absolute Level ตรง ๆ แต่มี Auto-gain Reference เพื่อให้ยังเห็น Dynamic แม้ฟังที่ระดับเสียงเบา

Parameters ที่ Source ระบุ:

• Fast Attack
• Release ประมาณ 3 วินาที
• Floor = -60 dBFS
• Gain Cap = +40 dB

ดู Matrix VU Meter

Status Page ดูอะไรได้บ้าง?

Main Source ระบุว่า Status Page แสดงข้อมูลอย่าง:

• Buffer Fill
• Link Counters
• Now Playing
• MPD Transport Controls
• Mode / Preset
• Live Level Meter
• Service Health

Web UI อยู่บน Port: 8080 ตาม Repository

PCM5102A ต่อกับ UNO Q อย่างไร?

Module Jumper Settings

Source ยังแนะนำ:

• Keep Signal Wires ต่ำกว่าประมาณ 10 cm
• วาง GND ร่วมกับ Signal Route
• PCM5102A ไม่มี Hardware Volume ใน Module นี้
• ปรับระดับเสียงที่ Amplifier

View more — ดูภาพ Wiring เพิ่มเติม View less — ซ่อนภาพ

Build / Flash / Install ตาม Official Project Repo

Repository แยก Build Guide และ Linux-side Installation ไว้ชัดเจน

1. Clone Repository

git clone https://github.com/AZNitro/pure-path-audio-bridge

2. Build STM32 Firmware

Official BUILD Guide ใช้ Board Target:

arduino_uno_q/stm32u585xx

west build -b arduino_uno_q/stm32u585xx /path/to/firmware

3. Flash ผ่าน adb + arduino-debug + GDB

adb forward tcp:3333 tcp:3333
adb shell 'pkill -x openocd'
adb shell arduino-debug &

target extended-remote :3333
load
compare-sections

4. Linux-side Services

Running Bridge ใช้ 6 Services:

• bridge-tx
• enhance
• bridge-api
• librespot
• MPD
• upmpdcli

โดย 4 ตัวแรก เป็น Project Units ส่วน MPD และ upmpdcli ใช้ Distribution Services พร้อม Config จาก Repo

พิสูจน์ Bit-perfect ด้วย purecrc.sh

Project มี Tool สำหรับหยุด Service ที่เกี่ยวข้อง แล้วส่ง WAV ผ่าน Bridge เพื่อเปรียบเทียบ CRC โดยตรง

tools/purecrc.sh some_16bit_44k1.wav

สิ่งที่ยังไม่ได้ทำ และอยู่ใน Next Steps

Creator ระบุ Future Work ไว้หลายจุด:

• Restoration Model สำหรับ Lossy Stream
• Port enhance.py ไป Rust
• 24-bit Audio บน DMA-only RX ที่ 4 Mbaud
• USB Audio Gadget / UAC2
• PCM5122 พร้อม Hardware Volume
• Signal-adaptive Dynamic EQ
• Feedback Loop ที่เรียนรู้ Preference ลึกขึ้น

Maker เรียนรู้อะไรจาก Project นี้?

1. “เสียงดี” กับ “ข้อมูลตรง” เป็นคนละคำถาม

Creator เลือกพิสูจน์ Digital Transport ด้วย CRC แทนการอธิบายจากการฟังอย่างเดียว

2. Hardware Peripheral บางอย่างต้องลงไปต่ำกว่า App Layer

App Lab เหมาะกับงานหลายแบบ แต่ Project นี้ต้องควบคุม SAI, DMA, Clock และ UART ในระดับที่ Creator เลือกใช้ Zephyr โดยตรง

3. AI ไม่จำเป็นต้องอยู่ใน Main Signal Path

YAMNet ทำงานเป็น Side Classifier แล้วส่ง Decision ให้ DSP เลือก EQ ทำให้ Audio Processing ยังเป็นระบบ DSP ที่ตรวจสอบได้แยกจาก Model

4. Measurement เจอ Bug ที่หูอาจอธิบายไม่ครบ

Crossfade ลด Click ได้ แต่ Measurement ยังพบ Peak / Clipping ที่พา Creator ไปเจอปัญหา Initial Filter State

5. Known Issues ควรอยู่ใน Documentation

Ring Flush Bug, One-source-at-a-time และ Unexplained Power Loss ถูกบันทึกไว้ตรง ๆ ทำให้คน Build ต่อ แยก “ข้อพิสูจน์แล้ว” ออกจาก “สิ่งที่ยังต้องแก้” ได้ง่ายขึ้น

โปรเจกต์นี้มีหลาย Layer แนะนำอ่านต้นฉบับควบคู่กัน

ถ้าต้องการ Build จริง แนะนำเปิด Main Story พร้อม Official Repository เพราะรายละเอียดสำคัญ กระจายอยู่ใน Firmware, Linux Services, Wiring และ Operating Notes

FAQ: Pure-Path Audio Bridge บน Arduino UNO Q

สรุป: จุดเด่นคือ “พิสูจน์ Path” มากกว่าบอกว่าเสียงดี

Pure-Path Audio Bridge น่าสนใจตรงที่ Creator ไม่ได้หยุดที่ “ต่อ DAC แล้วมีเสียง”

แต่ไล่ตรวจตั้งแต่:

• Bandwidth ของ Bridge
• UART Speed
• 44.1 kHz Clock Accuracy
• Ring Buffer
• Frame Integrity
• CRC-32 ของ PCM
• Software Volume
• Preset Switching Transient
• Known Runtime Limitations

จนได้ Architecture ที่แบ่งงานระหว่าง Linux และ STM32 อย่างชัดเจน

ส่วน AI ก็ถูกวางไว้แบบมีขอบเขต: YAMNet ไม่ได้แตะ Main Signal แต่ทำหน้าที่เลือก EQ Preset แล้วปล่อยให้ DSP เป็นผู้ปรับ Audio Samples

สำหรับสาย Maker นี่เป็นตัวอย่างที่ดีมาก ของ Project ที่รวม Embedded Linux, MCU Firmware, Real-time Audio, DSP, AI Classification และ Measurement เข้าด้วยกัน โดยยังบันทึกข้อจำกัด และ Bug ที่พบไว้ตรง ๆ

References / แหล่งข้อมูลต้นฉบับ

• Hackster — Pure-Path Audio Bridge: Bit-Perfect Hi-Fi Streamer on UNO Q
• GitHub — AZNitro/pure-path-audio-bridge
• GitHub — Project README
• GitHub — PCM5102A Wiring Guide
• GitHub — Bill of Materials
• GitHub — Firmware Build and Flash Guide
• GitHub — Linux / systemd Installation Guide
• GitHub — enhance.py
• GitHub — purecrc.sh
• GitHub — Operating Notes / Known Issues
• YouTube — Pure-Path Audio Bridge Demo
• YouTube — Matrix VU Meter Demo