利用VGA输出音频信号

前几天上微博的时候发现了个牛人主页http://bellard.org/ ，此牛人编写的软件耳熟能详，比如FFmpeg、TCC、Qemu等等，还有前一段时间在网络上非常流行，javascript实现的一个虚拟机，可以在浏览器中启动一个linux。这个linux中也带了此牛人自己写的tcc，所以简单的编译程序也不成问题。

来到这个主页，有一行非常显眼

... A PC emulator in Javascript: how much time takes your browser to boot Linux ?

2700 billion decimal digits of Pi computed with a desktop computer.

Analog and Digital TV (DVB-T) signal generation by displaying an image on a PC display. ...

模拟与数字电视信号产生...是用PC的VGA输出产生一个可以被电视识别并显示的信号。看到这个的第一眼并没有感觉到这有什么特别的，因为VGA原本就是用来输出视频信号的嘛。但是继续往下看，就发现了事情和原本认为的不一样。

A DVB-T set-top box able to receive VHF signals with a bandwidth of 8 MHz (unfortunately most decoders sold in UK only receive UHF signals). You can use French DVB-T receivers which accept VHF and UHF RF signals.

A PC with a recent VGA card able to display in resolutions up to 4096x2048 with 8 bit per pixel with a pixel clock of exactly 76.5 MHz. ATI Radeon 9200SE are reported to work (their PLL can generate every frequency which is a multiple of 2.25 MHz up to 400 MHz). Other VGA cards may work too. If your card cannot generate a 76.5 MHz pixel clock, I can provide alternate images to do some testing.

A cable connecting the VGA output to the set-top box RF input. It is possible to use antennas, but since the transmit power is very low, it is better to begin with a cable connection.

15 pin VGA connector 9.5mm RF connector

------------------- -----------------------

1 (red signal) <-----> RF signal (central pin)

6 (red ground) <-----> GND

这分明是用VGA产生任意信号嘛！

为了了解情况，我去Wiki搜索了一下VGA，发现这种15-pin的VGA端口包括了这么几种端子，接地线、红绿蓝信号、同步信号还有就是一个I²C的ID bit。其中的红绿蓝信号是模拟信号输出，也就是说，屏幕上的一个像素点会在一次扫描周期中，以RS-343标准定义的电压范围在相应三个颜色端子进行输出。

以我的笔记本为例，我的windows系统可以在“Windows移动中心”里设置，把液晶屏上的内容复制给VGA输出。我设置的分辨率是1366×768，刷新率为60Hz。这样，每一帧屏幕内容都在VGA输出端口上形成一个1366×768次采样的波形，如果可以每秒切换60次以上的屏幕内容，就可以在VGA的输出得到预设的波形。

简单计算一下，按照我现在的屏幕设置，1366×768×60=62,945,280SPS。可以设置的最大输出，2048×1536×75=235,929,600SPS，这个频率已经足够做短波广播了。

我从最简单的情况入手，尝试输出一个1K左右的正弦信号。在宿舍做这些东西很悲催啊！没有示波器，只好先用最简单的方法来测试。音频信号比较方便，只需要拿来一副普通耳机就OK了。整个过程很顺利，生成一幅图片，并全屏显示就顺利的听到了声音。不过有一点很不爽的是，在声音中一直都有很大的噗噗声，黑屏与白屏的情况也有，也许是VGA的特殊时序吧！

既然声音已经听到了，那么不妨用VGA的颜色分量来输出一首歌？Challenge accepted！

要做到这一步并没有太难逾越的技术难题，主要就是在快速生成一幅图片并显示。60fps的更新频率，单纯使用GDI的方式显示不太靠谱。更何况，生成能听的音频也需要保证“声音”和屏幕刷新输出是同步的。普通的显示方法不够用了，只好拿来OpenGL。

OpenGL和DirectX在win中都可以用，考虑到以后点OpenGL科技树的概率要大得多，还是用OpenGL了，顺便熟悉一下。

下载好glut，.dll、.h、.lib分别就位之后就可以继续下一步。首先就是生成一个全屏窗体，启用双缓冲（需要用到双缓冲和SwapBuffers实现垂直同步）。这段代码较长且没什么内容，就略去了。

pos=0;
fp=fopen("c:\\a.wav","rb");
fseek(fp, 0, SEEK_END);
flen=ftell(fp);
fseek(fp, 0, SEEK_SET );
filep=(char *)malloc(flen*sizeof(char));
fread(filep,sizeof(char),flen,fp);
fclose(fp);
content=(char*)malloc(1366*768*4);

这一段代码不需要注释，其中的a.wav是用软件转换出来的8位单声道无压缩的wav文件，不考虑文件头几十字节的“噪音”数据，直接读取输出这个文件本身即可。我用到的音频采样率是44100，文件头相比来说小的过头了。

然后就是处理输出。我没有用glut自己的那个主循环，不够灵活。代码结构是这样:

while(1)
{//TODO: 处理消息//TODO: 填充一帧数据glDrawPixels(...);SwapBuffers(hDC);
}

这里的代码也比较简单，google了很多网页，貌似SwapBuffers可以实现垂直同步。后来的实验这里也没有出现问题。

声音每秒有44100个采样数据，而VGA每秒有62945280个采样数据，所以62945280/44100约1427个像素点取相同的DAC数值。我没有只给某个单色赋值，红绿蓝三色取了相同的数值，alpha通道取最大值255，很简单的循环就完成了数据填充。

for (i=0;i<1366*768;i++)
{if (pos<flen)t=filep[pos];else{t=0;    //读到数据结尾则从开头开始读pos=0;}content[4*i]=t;content[4*i+1]=t;content[4*i+2]=t;content[4*i+3]=255;if(tmp>1427)    //1427点取相同DAC数值{pos++;tmp=0;}tmp++;
}

这里的代码速度可以优化，VS2010的编译器优化已经足够，所以就没有再继续。

编译运行，听到了音乐声，Challenge Passed!

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