IIS音頻總線學習

./IIS音頻總線學習〔一數(shù)字音頻技術(shù)一、聲音的基本概念

聲音是通過一定介質(zhì)傳播的連續(xù)的波。

圖1聲波重要指標：振幅：音量的大小周期：重復出現(xiàn)的時間間隔頻率：指信號每秒鐘變化的次數(shù)

聲音按頻率分類：

圖2聲音的頻率<語音信號頻率圍：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涵<抽象→提取特征→意義理解>

音樂：與語音相比,形式更規(guī)。音樂是符號化的聲音。二、聲音的數(shù)字化1.聲音信號的類型模擬信號<自然界、物理>數(shù)字信號<計算機>2.聲音數(shù)字化過程圖3

聲音數(shù)字化過程3.聲音數(shù)字化過程示意圖圖4

聲音數(shù)字化過程示意圖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)每個采樣點用多少二進制位表示數(shù)據(jù)圍使用聲音通道的個數(shù)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)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富,但數(shù)據(jù)量翻倍11.025kHz22.05kHz44.1

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11.025810.7721.351621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.27三、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：聲音層次豐富,還原音質(zhì)好

2.MP3文件MP3<MPEGAudiolayer3>是一種按MPEG標準的音頻壓縮技術(shù)制作的音頻文件。

特點：高壓縮比<11:1>,優(yōu)美音質(zhì)

3.WMA文件WMA<WindowsMediaAudio>是WindowsMedia格式中的一個子集<音頻格式>。

特點：壓縮到MP3一半

4.MIDI文件MIDI<樂器數(shù)字接口>是由一組聲音或樂器符號的集合。

特點：數(shù)據(jù)量很小,缺乏重現(xiàn)自然音

四、數(shù)字音頻壓縮標準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)

音頻信號能壓縮的基本依據(jù)：①聲音信號中存在大量的冗余度；

②人的聽覺具有強音能抑制同時存在的弱音現(xiàn)象。

音頻信號壓縮編碼的分類：①無損壓縮<熵編碼>

霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼

②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、CELP

2.音頻壓縮技術(shù)標準分類標準說明語音質(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24kbpsG.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高保真立體聲MPEG音頻采樣44.1kHz,量化16bit,碼率705kbps<MPEG三個壓縮層次,384-64kbps>五、聲卡1.聲卡的主要功能聲卡是負責錄音、播音和聲音合成的一種多媒體板卡。其功能包括：

①錄制、編輯和回放數(shù)字音頻文件

②控制和混合各聲源的音量

③記錄和回放時進行壓縮和解壓縮

④語音合成技術(shù)<朗讀文本>

⑤具有MIDI接口<樂器數(shù)字接口>2.芯片類型CODEC芯片<依賴CPU,價格便宜>數(shù)字信號處理器DSP<不依賴CPU>I2S音頻總線學習〔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)的重要組成部分。眾多的數(shù)字音頻系統(tǒng)已經(jīng)進入消費市場,例如數(shù)字音頻錄音帶、數(shù)字聲音處理器。對于設備和生產(chǎn)廠家來說,標準化的信息傳輸結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的適應性。I2S<Inter—ICSound>總線是飛利浦公司為數(shù)字音頻設備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標準,該總線專責于音頻設備之間的數(shù)據(jù)傳輸,廣泛應用于各種多媒體系統(tǒng)。二、I2S總線規(guī)I2S總線擁有三條數(shù)據(jù)信號線：1、SCK:<continuousserialclock>

串行時鐘

對應數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù),SCK都有1個脈沖。SCK的頻率=2×采樣頻率×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＝采樣頻率。

命令選擇線表明了正在被傳輸?shù)穆暤馈?/p>

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可以在串行時鐘的上升沿或者下降沿發(fā)生改變,并且WS信號不需要一定是對稱的。在從屬裝置端,WS在時鐘信號的上升沿發(fā)生改變。WS總是在最高位傳輸前的一個時鐘周期發(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)同步的時間,并且使接收端存儲當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)

用二進制補碼表示的音頻數(shù)據(jù)。

I2S格式的信號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,可以自行補足剩余的位<常補足為零>。這種同步機制使得數(shù)字音頻設備的互連更加方便,而且不會造成數(shù)據(jù)錯位。為了保證數(shù)字音頻信號的正確傳輸,發(fā)送端和接收端應該采用相同的數(shù)據(jù)格式和長度。當然,對I2S格式來說數(shù)據(jù)長度可以不同。對于系統(tǒng)而言,產(chǎn)生SCK和WS的信號端就是主設備,用MASTER表示,簡單系統(tǒng)示意圖如圖1所示：

圖1簡單系統(tǒng)配置和基本接口時序

另一個基本的接口時序圖可以參看圖2所示：

圖2I2S典型的接口時序4、時序要求

在IIS總線中,任何設備都可以通過提供必需的時鐘信號成為系統(tǒng)的主設備置,而從屬設備通過外部時鐘信號來得到它的部時鐘信號,這就意味著必須重視主設備和數(shù)據(jù)以及命令選擇信號之間的傳播延遲,總的延遲主要由兩部分組成：

1.外部時鐘和從設備的部時鐘之間的延遲

2.部時鐘和數(shù)據(jù)信號以及命令選擇信號之間的延遲

對于數(shù)據(jù)和命令信號的輸入,外部時鐘和部時的延遲不占據(jù)主導的地位,它只是延長了有效的建立時間<set-uptime>。延遲的主要部分是發(fā)送端的傳輸延遲和設置接收端所需的時間。見圖3和圖4：

圖3

TimingforIISTransmitter圖4

TimingforI