音频基础知识

声卡

声卡是负责录音、播音和声音合成的一种多媒体板卡。其功能包括：

录制、编辑和播放数字音频文件

控制和混合各声源的音量

记录和回放时进行压缩和解压缩

语音合成技术(朗读文本)

具有MIDI接口(乐器数字接口)

声卡的芯片类型：

CODEC芯片(依赖CPU，价格便宜)

数字信号处理器DSP(不依赖CPU)

声音数字化流程

模拟信号到数字信号的过程：

模拟信号--->采样--->量化--->编码--->数字信号

声音数字化三要素

采用频率：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。常用的采样频率有11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz，96KHz等。

量化位数：每个采样点用多少二进制位表示数据范围。量化位数也叫采样位数。量化位数越多，音质越好，数据量也越大。常用的采样位数有8位，16位，24位，32位等。

声道数：使用声道的个数。立体声比单声道的表现力丰富，但是数据量翻倍。常用的声道数有单声道，立体声（左声道和右声道）。

Codec作用

对PCM或I2S等信号进行D/A转换，把数字的音频信号转换为模拟信号

对Mic、Linein或者其他输入源的模拟信号进行A/D转换，把模拟的声音信号转变CPU能够处理的数字信号

对音频通路进行控制，比如播放音乐，收听调频收音机，又或者接听电话时，音频信号在codec内的流通路线是不一样的

对音频信号做出相应的处理，例如音量控制，功率放大，EQ控制等

基本概念

LineIn

LineIn端口只能输入音频信号，芯片内部没有放大器，因此不能连接麦克风，只能输入来自其他设备的音频信号。该端口主要用于连接电吉他、电子琴、合成器、拾音器等外界设备的音频信号输出的录音，这些设备本身输出功率就比较大，因此需要连接到LineIn端口录音。

Mic

Mic端口用来连接麦克风，芯片内部有放大器，可以对来自麦克风的信号进行放大。这个端口和LineIn的区别在于它有前置放大器，换言之麦克风本身输出功率小，因此必须要有一个外部的放大设备来放大音频信号。

LineOut

LineOut是音频信号输出，此信号未经放大器放大，所以功率小，驱动能力弱，只能输出到其他的音频接收设备，不能直接接到耳机、扬声器。对于一些阻抗高的耳机，其驱动能力要求低，LineOut信号直接连接后也能发声，只不过声音很小。

Speaker

Speaker就是喇叭输出，可以直接接到无源音箱，功率输出较大。

Headphone

headphone就是我们平时看到的耳机孔输出，headphone接口输出的内部存在功放，因此可以直接驱动耳机。

硬件接口

(1)I2S

I2S速度快，专门用于传音乐。从SoC往Codec传音乐数据，一般使用I2S。包含主时钟(MCLK)、串行时钟(SCLK)、帧时钟(LRCK)、数据信号(SD)。

接口定义：

MCLK: 主时钟，这个信号其实不属于I2S的接口定义。所以I2S一般认为只有3根信号线。

SCLK: 串行时钟，也叫位时钟（BCLK），对应数字音频的每一位数据的时钟。SCLK的频率=2 * 采样频率 * 采样位深。

LRCK(WS): 帧时钟，左右声道选择信号。

SD: 串行数据，用来传输音频数据

频率计算:

假设声音的采样频率为 44.1kHz，即帧时钟(LRCK)的频率必须也为 44.1 kHz；左/右2个声道的量化深度均为16bit，则I2S的SCLK的频率为：44.1kHz×16×2＝1.4112MHz。MCLK时钟频率一般为256LRCK = 25644.1kHz =11.2896MHz。

提示：上面的I2S是半双工的，但随着I2S的发展，有全双工的接口(SD_IN, SD_OUT)，甚至多通道的接口。

(2)PCM

PCM接口主要用来传语音。它通常用于AP处理器和通信MODEM之间传输语音数据（就是双向打电话的数据）。

接口定义:

PCM_CLK: 数据时钟信号

PCM_SYNC: 帧同步时钟信号

PCM_IN: 接收数据信号

PCM_OUT: 发送数据信号

(3)PDM

PDM，只有2根线，它的编码方式和I2S不同。很多数字麦克风使用PDM接口，它有数据和时钟两根线。PDM接口和I2S最大的区别是编码方式不同。

接口定义:

PDM_CLK: 时钟信号。

PDM_DATA: 数据信号。

名词解析

PCM: 脉冲编码调制， 把声音从模拟转换成数字信号的一种技术

TDM: Time Division Multiplexing，时分复用

DAI: Digital Audio Interfaces 数字音频接口

ALSA: Advanced Linux Sound Architecture 高级Linux音频架构

ASoC: ALSA System on Chip

DAPM: Dynamic Audio Power Management 动态音频电源管理

Mixer: 混合器

HIFI: High-Fidelity 高保真

DPCM: 差分脉冲编码调制

JACK: 耳机的接口检测

Headphone: 耳机

Micphone: 麦克风

Headset: (耳麦)带有麦克风的耳机 headphone + micphone

审核编辑：汤梓红