IIS音頻總線學(xué)習(xí)

1、IIS音頻總線學(xué)習(xí)（一）數(shù)字音頻技術(shù)一、聲音的基本概念 聲音是通過(guò)一定介質(zhì)傳播的連續(xù)的波。圖1 聲波重要指標(biāo)：1. 振幅：音量的大小2. 周期：重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔3. 頻率：指信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)聲音按頻率分類(lèi)：圖2 聲音的頻率(語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍：300Hz-3kHz)聲音的傳播攜帶了信息，它是人類(lèi)傳播信息的一種主要媒體。聲音的三種類(lèi)型：1. 波形聲音：包含了所有聲音形式2. 語(yǔ)音：不僅是波形聲音，而且還有豐富的語(yǔ)言?xún)?nèi)涵(抽象提取特征意義理解)3. 音樂(lè)：與語(yǔ)音相比，形式更規(guī)范。音樂(lè)是符號(hào)化的聲音。二、聲音的數(shù)字化1.聲音信號(hào)的類(lèi)型 模擬信號(hào)(自然界、物理) 數(shù)字信號(hào)(計(jì)算機(jī))2.聲音數(shù)字化過(guò)

2、程圖3聲音數(shù)字化過(guò)程3.聲音數(shù)字化過(guò)程示意圖圖4聲音數(shù)字化過(guò)程示意圖4.聲音數(shù)字化三要素采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)每個(gè)采樣點(diǎn)用多少二進(jìn)制位表示數(shù)據(jù)范圍使用聲音通道的個(gè)數(shù)采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍數(shù)據(jù)量也越大11.025kHz22.05 kHz44.1 kHz8位25616位65536單聲道立體聲5.聲音數(shù)字化的數(shù)據(jù)量音頻數(shù)據(jù)量采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bit)數(shù)據(jù)量(KB/s)單聲道立體聲11.025810.7721.351621.5343.0722.05821

3、.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.27三、音頻的文件格式1.WAV文件WAV是Microsoft/IBM共同開(kāi)發(fā)的PC波形文件。因未經(jīng)壓縮，文件數(shù)據(jù)量很大。特點(diǎn)：聲音層次豐富，還原音質(zhì)好2.MP3文件MP3(MPEG Audio layer3)是一種按MPEG標(biāo)準(zhǔn)的音頻壓縮技術(shù)制作的音頻文件。特點(diǎn)：高壓縮比(11:1)，優(yōu)美音質(zhì)3.WMA文件WMA(Windows Media Audio)是Windows Media格式中的一個(gè)子集(音頻格式)。特點(diǎn)：壓縮到MP3一半4.MIDI文件MIDI(樂(lè)器數(shù)字接口)是由一組聲音或樂(lè)器符號(hào)的集合。

4、特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量很小，缺乏重現(xiàn)自然音四、數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.音頻壓縮方法概述圖5壓縮編碼技術(shù)是指用某種方法使數(shù)字化信息的編碼率降低的技術(shù)音頻信號(hào)能壓縮的基本依據(jù)：聲音信號(hào)中存在大量的冗余度；人的聽(tīng)覺(jué)具有強(qiáng)音能抑制同時(shí)存在的弱音現(xiàn)象。音頻信號(hào)壓縮編碼的分類(lèi)：無(wú)損壓縮(熵編碼)霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼有損壓縮波形編碼-PCM、DPCM、ADPCM 、子帶編碼、矢量量化參數(shù)編碼-LPC混合編碼-MPLPC、CELP2.音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明電話語(yǔ)音質(zhì)量G.711采樣8kHz，量化8bit，碼率64kbpsG.721采用ADPCM編碼，碼率32kbpsG.723采用ADPCM有損壓縮，碼率24

5、kbpsG.728采用LD-CELP壓縮技術(shù)，碼率16kbps調(diào)幅廣播質(zhì)量G.722采樣16kHz，量化14bit，碼率224(64)kbps高保真MPEG音頻采樣44.1kHz，量化16bit，碼率705kbps (MPEG三個(gè)壓縮層次，384-64kbps)立體聲五、聲卡1.聲卡的主要功能聲卡是負(fù)責(zé)錄音、播音和聲音合成的一種多媒體板卡。其功能包括：錄制、編輯和回放數(shù)字音頻文件控制和混合各聲源的音量記錄和回放時(shí)進(jìn)行壓縮和解壓縮語(yǔ)音合成技術(shù)(朗讀文本)具有MIDI接口(樂(lè)器數(shù)字接口)2.芯片類(lèi)型 CODEC芯片(依賴(lài)CPU，價(jià)格便宜) 數(shù)字信號(hào)處理器DSP(不依賴(lài)CPU)I2S音頻總線學(xué)習(xí)（二

6、）I2S總線協(xié)議一、I2S總線概述 音響數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸是多媒體技術(shù)的重要組成部分。眾多的數(shù)字音頻系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)，例如數(shù)字音頻錄音帶、數(shù)字聲音處理器。對(duì)于設(shè)備和生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化的信息傳輸結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。I2S(InterIC Sound)總線是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線專(zhuān)責(zé)于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。二、I2S總線規(guī)范I2S總線擁有三條數(shù)據(jù)信號(hào)線：1、SCK: (continuous serial clock) 串行時(shí)鐘 對(duì)應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCK都有1個(gè)脈沖。SCK的頻率=2采樣頻率采樣位數(shù)。

7、2、WS: (word select) 字段（聲道）選擇 用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。WS的頻率采樣頻率。 命令選擇線表明了正在被傳輸?shù)穆暤馈?WS為“1”表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)。 WS為“0”表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。 WS可以在串行時(shí)鐘的上升沿或者下降沿發(fā)生改變，并且WS信號(hào)不需要一定是對(duì)稱(chēng)的。在從屬裝置端，WS在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿發(fā)生改變。WS總是在最高位傳輸前的一個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)生改變，這樣可以使從屬裝置得到與被傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)同步的時(shí)間，并且使接收端存儲(chǔ)當(dāng)前的命令以及為下次的命令清除空間。3、SD: (serial data) 串行數(shù)據(jù) 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的音頻數(shù)據(jù)。I2S格式的信號(hào)無(wú)論

8、有多少位有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的最高位總是被最先傳輸(在WS變化(也就是一幀開(kāi)始)后的第2個(gè)SCK脈沖處)，因此最高位擁有固定的位置，而最低位的位置則是依賴(lài)于數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。也就使得接收端與發(fā)送端的有效位數(shù)可以不同。如果接收端能處理的有效位數(shù)少于發(fā)送端，可以放棄數(shù)據(jù)幀中多余的低位數(shù)據(jù)；如果接收端能處理的有效位數(shù)多于發(fā)送端，可以自行補(bǔ)足剩余的位(常補(bǔ)足為零)。這種同步機(jī)制使得數(shù)字音頻設(shè)備的互連更加方便，而且不會(huì)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)位。為了保證數(shù)字音頻信號(hào)的正確傳輸，發(fā)送端和接收端應(yīng)該采用相同的數(shù)據(jù)格式和長(zhǎng)度。當(dāng)然，對(duì)I2S格式來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以不同。對(duì)于系統(tǒng)而言，產(chǎn)生SCK和WS的信號(hào)端就是主設(shè)備，用MASTER表

9、示，簡(jiǎn)單系統(tǒng)示意圖如圖1所示： 圖1 簡(jiǎn)單系統(tǒng)配置和基本接口時(shí)序 另一個(gè)基本的接口時(shí)序圖可以參看圖2所示： 圖2 I2S典型的接口時(shí)序4、時(shí)序要求 在IIS總線中，任何設(shè)備都可以通過(guò)提供必需的時(shí)鐘信號(hào)成為系統(tǒng)的主設(shè)備置，而從屬設(shè)備通過(guò)外部時(shí)鐘信號(hào)來(lái)得到它的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，這就意味著必須重視主設(shè)備和數(shù)據(jù)以及命令選擇信號(hào)之間的傳播延遲，總的延遲主要由兩部分組成：1.外部時(shí)鐘和從設(shè)備的內(nèi)部時(shí)鐘之間的延遲2.內(nèi)部時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)以及命令選擇信號(hào)之間的延遲 對(duì)于數(shù)據(jù)和命令信號(hào)的輸入，外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)的延遲不占據(jù)主導(dǎo)的地位，它只是延長(zhǎng)了有效的建立時(shí)間(set-up time)。延遲的主要部分是發(fā)送端的傳輸延遲和設(shè)置接收端所需的時(shí)間。見(jiàn)圖3和圖4：圖3Timing for IIS Transmitter圖4 Timin