I2S概述

I2S（Inter-IC Sound）總線，是Philips公司為數(shù)字音頻傳輸制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。

I2S應(yīng)用框圖

圖1 I2S應(yīng)用框圖

如圖1所示，I2S協(xié)議定義了3種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。SCK和WS總是有Master發(fā)起。系統(tǒng)的Master可以是發(fā)送方，也可以是接收方，或者由第三方控制控制。SD在確定應(yīng)用時(shí)方向?yàn)榇_定的，既可以由Master發(fā)送，也可以由Slave發(fā)送。

I2S接口信號(hào)

表1 I2S接口信號(hào)

SCK：串行時(shí)鐘，由Master控制。

SD：串行數(shù)據(jù)。串行化時(shí)，按照高位先傳的原則進(jìn)行。I2S標(biāo)準(zhǔn)模式下，當(dāng)系統(tǒng)位寬比字長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)，低位補(bǔ)充0。MSB在WS變化的下一個(gè)周期發(fā)送。接收方在上升沿采集數(shù)據(jù)。

WS：字線選擇指示，由Master控制。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，低電平表示左聲道，高電平表示右聲道。WS在MSB傳輸?shù)那耙粋€(gè)時(shí)鐘周期跳變。

I2S接口數(shù)據(jù)格式

圖2 I2S三種數(shù)據(jù)傳輸模式

如圖2所示，目前I2S數(shù)據(jù)格式按照WS和SCK相位的不同，分為三種類型：I2S Philips格式（標(biāo)準(zhǔn)模式），左對(duì)齊模式，右對(duì)齊模式。這三種模式的可以依靠如下特點(diǎn)簡(jiǎn)單區(qū)分：

標(biāo)準(zhǔn)模式：低電平表示左聲道，數(shù)據(jù)在WS跳變后一個(gè)周期開(kāi)始發(fā)送

左對(duì)齊模式：高電平表示左聲道且無(wú)效數(shù)據(jù)填充在低位，數(shù)據(jù)在WS跳變當(dāng)周期開(kāi)始發(fā)送

右對(duì)齊模式：高電平表示左聲道且無(wú)效數(shù)據(jù)填充在高位，數(shù)據(jù)在WS跳變當(dāng)周期開(kāi)始發(fā)送

I2S接口音頻應(yīng)用

I2S協(xié)議僅簡(jiǎn)單定義了接口信號(hào)、時(shí)序、電平等物理接口。數(shù)據(jù)發(fā)送內(nèi)容、發(fā)送位寬、SCK頻率、WS頻率均沒(méi)有定義。而實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因?yàn)橐纛l數(shù)字化的特點(diǎn)，這些實(shí)際上是有明確定義的。為了方便理解，我們先從音頻數(shù)字化3個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)說(shuō)起：

指標(biāo)一，采樣頻率。音頻信號(hào)為模擬信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)需要確定采樣頻率。人聲頻率范圍為300Hz~3.4KHz，而人的聽(tīng)覺(jué)范圍為20Hz~20KHz，根據(jù)Nyquist采樣定理，如果我們的目標(biāo)是語(yǔ)音通話，那么采樣頻率必須大于3.4KHz，如果是音頻則需要大于40KHz。

表2 常用采樣頻率

常用采樣頻率如表2所示，表中對(duì)不同的應(yīng)用需求，采樣頻率做了不同的定義。理論上講，采樣頻率越高音質(zhì)越好，而實(shí)際上按照剛好夠用的原則，8KHz（》3.4KHz*2）用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)已夠用， 44.1/48KHz（》20KHz*2）用于音頻已夠用。

指標(biāo)二，量化位數(shù)。采樣頻率是對(duì)聲音信號(hào)在時(shí)間軸上的采樣精度定義。而量化位寬則是對(duì)聲音信號(hào)在幅度軸上的采樣精度定義。假如聲音幅度為 V，當(dāng)量化位數(shù)為n時(shí)，理想情況下可以簡(jiǎn)單理解為能夠區(qū)分V/2^n聲音幅度差異。理論上講量化位數(shù)越多，音質(zhì)越好。常用的采樣位數(shù)有8位，16位，24位，32位。

指標(biāo)三，聲道數(shù)。音頻數(shù)字化通道個(gè)數(shù)。一般為單聲道，雙聲道等。

了解了音頻數(shù)字化的指標(biāo)后，現(xiàn)在來(lái)介紹本節(jié)開(kāi)始提到的I2S協(xié)議未定義的內(nèi)容：

發(fā)送內(nèi)容：每次模擬音頻采樣的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果

發(fā)送位寬：量化位寬（或者N位量化位寬+M位0填充）

WS頻率：采樣頻率

SCK頻率：WS頻率*發(fā)送位寬*2（聲道數(shù)）

后記

I2S協(xié)議WS位寬為1bit，因此限制了其單個(gè)I2S接口僅能支持兩個(gè)聲道。在多聲道應(yīng)用時(shí)可以采用增加I2S接口數(shù)量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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