关于I2S

作者: Alyna_C | 来源:发表于2021-04-27 06:06 被阅读0次

    I2S信号定义

    MCLK---主时钟,即系统时钟(设计中并未必须),一般是采用频率的256倍或384倍

    SCLK(BCLK)---串行时钟,也叫位时钟,即对应数据音频的每一位数据,SCLK都有1个脉冲。SCLK的频率 =2*采样频率*采样位数

    LRCK---帧时钟,用于切换左右声道。LRCK频率=采样频率

    <左/右声道模式1为左声道,0为右声道;I2S模式是0表示左声道,1表示右声道>

    SD---串行数据,即二进制编码表示的音频数据


    电气特性

    I2S是较简单的数据接口协议,没有地址或设备选择机制;

    在I2S总线上,只能同时存在一个主设备和发送设备;

    主设备可以是发送设备,也可以是接收设备,或协调发送设备和接收设备的其他控制设备;

    在I2S系统中,提供时钟的设备(MCLK)为主设备


    音频基础知识

    模拟→数字(ADC):采样->量化->编码

    数字→模拟(DAC)

    声音数字化的三要素:

           ①采样频率:每秒钟抽取声波幅度样本的次数

                                采样频率越高,声音质量越好,数据量也越大

                    11.025KHZ、22.05KHZ、44.1KHZ[if !supportAnnotations][L1][endif] 

           ②量化位数:每个采样点用多少二进制位表示数据的范围

                                量化位数越多,音质越好,数据量也越大

                                8位=2^8=256,16位=2^16=65536

           ③声道数:使用声音通道的个数

                                立体声比单声道的表现力丰富,但数据量翻倍

                                单声道,立体声

    表1.音频数据量计算举例

    备注:音频数据量=采样频率*量化位数*声道数/8(单位:字节/s)

    音频的文件格式:

    ——WAV文件:Microsoft/IBM共同开发的PC波形文件。未经压缩,文件数据量最大

                  特点:声音层次丰富,还原音质好

                全称:Waveform Audio File Formate(WAVE)

    ——MP3文件:按MPEG标准的音频压缩技术制作的音频文件

                  特点:高压缩比(11:1),优美音质

                全称:MPEG Audio layer3

    ——WMA文件:windows media格式中的一个子集(音频格式)

                  特点:压缩到MP3一半

                全称:Windows Media Audio

    ——MIDI文件:乐器数字接口,是由一组声音或乐器符号的集合

                  特点:数据量小,缺乏重现自然音

                 全称:Musical Instrument Digital Interfac

    数字音频压缩:

    (输入音频信号) →编码器→传输/存储→解码器→(输出音频信号)

    音频信号压缩的基本依据:

    ①   声音信号中存在大量的冗余度;

    ②  人的听觉具有强音能抑制同时存在的弱音现象

    音频压缩:有损压缩;无损压缩


    I2S数据格式

    根据SDATA相对于LRCK和SCLK的位置不同分为:

           A.左对齐(较少使用)

           B.I2S格式(即飞利浦规定的格式)

           C.右对齐格式(也叫日本格式、普通格式)

    对于左/右格式:LRCK为“1”表示正在传输的是左声道的数据,为“0”表示正在传输的是右通道数据;

    对于标准I2S格式:LRCK为“0”表示正在传输的是左声道的数据,为“1”表示正在传输的是右通道的数据。

    备注:为保证数字音频信号的正确传输,发送端和接收端应该采用相同的数据格式和长度。对于标准I2S格式来说,数据长度可以不同。

    左对齐——

    24位左对齐格式

    右对齐——

    24位右对齐格式

    I2S格式——

    24/16位I2S格式

    对于I2S格式,无论多少位有效数据,数据的最高位总是出现在LRCK变幻(也就是一帧开始)后的第2个SLCK脉冲处。这使得接收端与发送端的数据位可以不同。如果接收端的有效位数小于发送端,可以放弃数据帧中多余的低位数据;如果接收端能处理的有效位数多余发送端,可以自行补足剩余的位。


    测试指标

    输入电压:VIL<0.8V;VIH>2.0V

    输出电压:VL<0.4V;VH>2.4V

    SCK的tHIGH、tLOW、tr、tf、周期、占空比

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