I2S音頻總線基本知識科普

I2S(Inter—IC Sound)總線, 又稱集成電路內(nèi)置音頻總線，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)。

I2S主要有三個信號

1、串行時鐘SCLK，也叫位始終（BCLK），對應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCLK都有一個脈沖。SCLK的頻率=2 * 采樣頻率 * 采樣位深。

2、幀時鐘LRCK（也稱WS），用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。LRCK為‘1’表示傳輸右聲道數(shù)據(jù)，為“0”則是左聲道。LRCK的頻率 = 采樣頻率

3、串行數(shù)據(jù)（SDATA），就是用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的音頻數(shù)據(jù)，（MSB ---> LSB：數(shù)據(jù)由高位到低位依次傳輸）

4、有時為了使系統(tǒng)間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個信號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統(tǒng)時鐘（Sys Clock），是采樣頻率的256倍或384倍。（但不是必要的）

聲音數(shù)字化理論

現(xiàn)實生活中的聲音是通過一定介質(zhì)傳播的連續(xù)的波，它可以由周期和振幅兩個重要指標(biāo)描述。正常人可以聽到的聲音頻率范圍為 20Hz~20KHz。現(xiàn)實存在的聲音是模擬量，這對聲音保存和長距離傳輸造成很大的困難，一般的做法是把模擬量轉(zhuǎn)成對應(yīng)的數(shù)字量保存，在需要還原聲音的地方再把數(shù)字量的轉(zhuǎn)成模擬量輸出如下圖所示：

模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量一般可以分為三個過程，分別為采樣、量化、編碼，如下圖所示。

用一個比源聲音頻率高的采樣信號去量化源聲音，記錄每個采樣點的值，最后如果把所有采樣點數(shù)值連接起來與源聲音曲線是互相吻合的，只是它不是連續(xù)的。在圖中，兩條藍(lán)色虛線距離就是采樣信號的周期，即對應(yīng)一個采樣頻率(FS)，可以想象得到采樣頻率越高最后得到的結(jié)果就與源聲音越吻合，但此時采樣數(shù)據(jù)量越越大，一般使用44.1KHz采樣頻率即可得到高保真的聲音。每條藍(lán)色虛線長度決定著該時刻源聲音的量化值，該量化值有另外一個概念與之掛鉤，就是量化位數(shù)。量化位數(shù)表示每個采樣點用多少位表示數(shù)據(jù)范圍，常用有16bit、24bit或32bit，位數(shù)越高最后還原得到的音質(zhì)越好，數(shù)據(jù)量也會越大。

聲音數(shù)字化三要素

采樣頻率：每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)。采樣頻率越高，聲音質(zhì)量越好，數(shù)據(jù)量也越大。常用的采樣頻率有11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz，96KHz等。

量化位數(shù)：每個采樣點用多少二進(jìn)制位表示數(shù)據(jù)范圍。量化位數(shù)也叫采樣位數(shù)。量化位數(shù)越多，音質(zhì)越好，數(shù)據(jù)量也越大。常用的采樣位數(shù)有8位，16位，24位，32位等。

聲道數(shù)：使用聲道的個數(shù)。立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但是數(shù)據(jù)量翻倍。常用的聲道數(shù)有單聲道，立體聲（左聲道和右聲道）。

音頻數(shù)據(jù)量=采樣頻率(Hz) * 量化位數(shù) * 聲道數(shù) / 8，單位：字節(jié)/秒。

如下圖，黃色波形是LRCK，其頻率是44.1KHz，即采樣頻率是44.1KHz。是立體聲的話，一個周期需要傳輸左右聲道的數(shù)據(jù)。

藍(lán)色波形是BCLK，其頻率是2.8MHZ左右。由SCLK的頻率=2 * 采樣頻率 * 采樣位深，可以計算出這個數(shù)據(jù)的采樣位深為32位。

把波形拉開可以看到一個聲道傳輸了多少位數(shù)據(jù)，一個脈沖代表一位。

下圖可清晰的看到位時鐘和數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系：對應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCLK都有一個脈沖。

審核編輯：湯梓紅