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I2S(inter-IC sound bus)飞利浦公司制定的标准#xff0c;既规定了硬件接口规范#xff0c;也规定了数字音频数据格式。
硬件接口规范 I2S接口有3个主要信号#xff1a;
时钟信号 Serial Clock 串行时钟SCK#xff0c;也叫位时钟#xff08;BCLK#xff09;既规定了硬件接口规范也规定了数字音频数据格式。
硬件接口规范 I2S接口有3个主要信号
时钟信号 Serial Clock 串行时钟SCK也叫位时钟BCLK对应数字音频的每一位数据。SCLK的频率2×采样频率×采样位数
左右声道选择信号 Word Select WS信号有时也称帧时钟LRCK用于切换左右声道的数据。WS是声道选择信号表明数据发送端所选择的声道。当WS0表示选择左声道 WS1表示选择右声道。LRCK的频率等于采样频率
数据信号 Serial Data 串行数据SD在WS变化后的第一个SCK脉冲先传输最高位MSB。
有时为了使系统间能够更好地同步还需要另外传输一个信号MCLK称为主时钟是采样频率的256倍或384倍具体倍数由codec决定。 I2S 总线上同一时刻只能存在一个Master设备提供时钟的设备是Master设备。
I2S接口模式
I2S硬件接口分为三种工作模式
I2S Phillips Standard I2S模式Left Justified Standard 左对齐模式Right Justified Standard 右对齐模式
左对齐模式左声道数据MSB在WCLK上升沿之后BCLK的第一个上升沿有效右声道数据MSB在WCLK下降沿之后SBCLK第一个上升沿有效。
右对齐模式左声道数据LSB在WCLK下降沿前一个BCLK上升沿有效右声道数据LSB在WCLK上升沿前一个BCLK上升沿有效。
左右对齐模式LRCK/WS高电平对应左声道低电平对应右声道而I2S模式低电平对应左声道高电平对应右声道。 PCM
PCM (Pulse Code Modulation) 一种用数字表示采样模拟信号的方法。 Sampling采样
Sampling(采样)表示处理实际上就是让采样数据能够完全表示原始信号且采样数据能够通过重构还原成原始信号的过程。 蓝色曲线表示音频原始信号。黑色垂直线段表示当前时间点对原始信号的一次采样黑色点表示采样获取的一系列离散样本。
采样率表示每秒采样的数量单位HZ根据场景的不同采样率也有所不同采样率越高声音的还原程度越高质量就越好同时占用空间会变大。
Quantization量化
原始信号采样后需要通过量化来描述采样数据的大小。
量化处理过程就是将时间连续的信号处理成时间离散的信号并用实数表示。这些实数将被转换为二进制数用于模拟信号的存储和传输。 上面的图片的例子是16bit位深量化过程。bit-depth位深用来描述存储数字信号值的bit数较常用的模拟信号位深如下
8-bit2^8 256 levels有256个等级可以用于衡量真实的模拟信号。16-bit2^16 65,536 levels有65,536个等级可以用于衡量真实的模拟信号。24-bit2^24 16,666,216 levels有16,666,216个等级可以用于衡量真实的模拟信号。
可以看到位深越大对模拟信号的描述将越真实对声音的描述更加准确。
TDM
TDMTime Division Multiplexing时分复用PCM接口支持同时传输多达N个声道的数据。 Mode A数据在FSYNC有效后BCLK的第2个上升沿有效
Mode B数据在FSYNC有效后BCLK的第1个上升沿有效 PCM vs I2S
PCM硬件接口上传输的是PCM编码的数据I2S上传输的也是PCM编码的数据I2S不过是PCM接口的特例。
应用PCM音频接口传输单声道数据如麦克风时其接口名称为PCM双声道经常使用I2S而TDM则表示传输两个及以上声道的数据同时区别于I2S特定的格式。 HDMI Audio audio info frame ACR
Audio Clock Regeneration 音频时钟重生成Audio data是在HDMI Data Island周期以packet形式发送的Data Island并没有发送Audio Clock根据HDMI Spec规定需要ACR来恢复Audio Clock。
TMDS Clock和Audio参考时钟128倍采样率的关系 128 · f S f TMDS_clock · N / CTS
N值需要发送给sink端sink端根据公式恢复Audio Clock。
N值与Audio 采样率以及video mode有关有寄存器需要配置CTS值可以手动配置也可以自动计算。 某款HDMI Controller支持的I2S接口I2S属于PCM的一个特例延迟一个clock。MSB高位对齐。 I2S的bitmapping
不同位宽的对齐方式 Audio调的不多写得简单。
