I2S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)、聲音的基本概念振幅：音量的大小周期：重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔頻率：指信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)聲音按頻率分類：次聲波I可聽聲波I超聲波20Hz20kHz圖2聲音的頻率（語音信號(hào)頻率范圍：300Hz-3kHz）聲音的傳播攜帶了信息，它是人類傳播信息的一種主要媒體。聲音的三種類型：波形聲音：包含了所有聲音形式語音：不僅是波形聲音，而且還有豐富的語言內(nèi)涵（抽象-提取特征-意義理解）音樂：與語音相比，形式更規(guī)范。音樂是符號(hào)化的聲音。二、聲音的數(shù)字化聲音信號(hào)的類型模擬信號(hào)（自然界、物理）數(shù)字信號(hào)（計(jì)算機(jī)）聲音數(shù)字化過程圖3聲音數(shù)字化過程圖4聲音數(shù)字化過程示意圖聲音數(shù)字化三要素采

2、樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)使用聲音通道的個(gè)數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的每個(gè)采樣點(diǎn)用多少二進(jìn)制位表示使用聲音通道的個(gè)數(shù)次數(shù)數(shù)據(jù)范圍立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好數(shù)據(jù)量也越大量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大11.025kHz8位=256單聲道22.05kHz16位=65536立體聲44.1kHz聲音數(shù)字化的數(shù)據(jù)量音頻數(shù)據(jù)量=采樣頻率X量化位數(shù)X聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率量化位數(shù)數(shù)據(jù)量(KB/s)(kHz)(bit)單聲道立體聲11.025810.7721.351621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1

3、344.1843.0786.131686.13172.27三、音頻的文件格式1.WAV文件WAV是Microsoft/IBM共同開發(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MP3文件MP3(MPEGAudioIayer3)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)WMA文件WMA(WindowsMediaAudio)是WindowsMedia格式中的一個(gè)子集(音頻格式)。特點(diǎn)：壓縮到MP3半MIDI文件MIDI(樂器數(shù)字接口)是由一組聲音或樂器符號(hào)的集合。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)音頻壓縮方

4、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；人的聽覺具有強(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：無損壓縮(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)分類標(biāo)準(zhǔn)說明G.711采樣8kHz,量化8bit，碼率64kbps電話語G.721采用ADPCM編碼，碼率32kbps音質(zhì)量G.723采用ADPCM有損壓縮，碼率24kbpsG.728采用LD-CELP壓縮技術(shù)，碼率16kbps調(diào)幅廣

5、播質(zhì)量G.722采樣16kHz,量化14bit，碼率224(64)kbps高保真立體聲MPEG音頻采樣44.1kHz,量化16bit，碼率705kbps(MPEG三個(gè)壓縮層次，384-64kbps)五、聲卡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)行壓縮和解壓縮語音合成技術(shù)（朗讀文本）具有MIDI接口（樂器數(shù)字接口）芯片類型CODEC芯片（依賴CPU,價(jià)格便宜）數(shù)字信號(hào)處理器DSP（不依賴CPU）I2S音頻總線學(xué)習(xí)（二）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

6、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)廠家來說,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。l2S（lnterICSound）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:（continuousserialclock）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=2x采樣頻率x采樣位數(shù)。2、WS:（wordselect）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

7、率。命令選擇線表明了正在被傳輸?shù)穆暤馈S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:（serialdata）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)無論有多少位有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的最高位總是被最先傳輸（在WS變化（也就是一幀開始）后的第2個(gè)SCK脈沖處），因此最高位擁有

8、固定的位置，而最低位的位置則是依賴于數(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格式來說數(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表示，簡(jiǎn)單系統(tǒng)示意圖如圖1所示：WSSDCO町ROLLER=MASTERWORDn-1RIGHTCHANNELWOR

9、DnLEFTCHANNELWORDn+1RIGHTCHANNELclockSCKTRANSMnTER=wordstle：ctWSdataSDCOMTROLLERRECEIVERTPANSMrTEPWSSDCO町ROLLER=MASTERWORDn-1RIGHTCHANNELWORDnLEFTCHANNELWORDn+1RIGHTCHANNELclockSCKTRANSMnTER=wordstle：ctWSdataSDCOMTROLLERRECEIVERTPANSMrTEPTRAMSb/llTTERRECEF7ERTRANSMITTER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

10、圖2所示：4、時(shí)序要求在IIS總線中，任何設(shè)備都可以通過提供必需的時(shí)鐘信號(hào)成為系統(tǒng)的主設(shè)備置，而從屬設(shè)備通過外部時(shí)鐘信號(hào)來得到它的內(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-uptime)。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。見圖3和圖4：T=clockperiodTtr=minimumallowedcfockpenodfortransmitterTTr*Ircisonlyrelevantfortransmittersinslavemode.圖3TimingforIISTransmitterthr30XT=clockpenod圖3TimingforIISTransmitterthr30XT=clockpenodr=mimmiEmallowedclockperiodfortransmitterTTrt(_c0.35T*tHC0-35*SDandWS0.71圖4TimingforIISReceiver其中：/T是時(shí)鐘周期，是最小允許時(shí)鐘周期，T這樣：05T),發(fā)送端才噸缶Oo