i2s音频总线学习

I2S（Inter-IC Sound）是飞利浦公司针对数字音频设备（如CD播放器、数码音效处理器、数字电视音响系统）之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。它采用了独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。标准的I2S总线电缆是由3根串行导线组成的：1根是时分多路复用（简称TDM）数据线；1根是字选择线；1根是时钟线。

一、声音的基本概念

声音是通过一定介质传播的连续的波。

图1 声波

重要指标：

振幅：音量的大小

周期：重复出现的时间间隔

频率：指信号每秒钟变化的次数

声音按频率分类：

图2 声音的频率（语音信号频率范围：300Hz-3kHz）

声音的传播携带了信息，它是人类传播信息的一种主要媒体。 声音的三种类型：

波形声音：包含了所有声音形式

语音：不仅是波形声音，而且还有丰富的语言内涵（抽象→提取特征→意义理解）

音乐：与语音相比，形式更规范。音乐是符号化的声音。

二、声音的数字化

1.声音信号的类型

模拟信号（自然界、物理）

数字信号（计算机）

2.声音数字化过程

图3 声音数字化过程

3.声音数字化过程示意图

图4 声音数字化过程示意图

4.声音数字化三要素

5.声音数字化的数据量

音频数据量＝采样频率×量化位数×声道数/8（字节/秒）

三、音频的文件格式

1.WAV文件

WAV是Microsoft/IBM共同开发的PC波形文件。因未经压缩，文件数据量很大。

特点：声音层次丰富，还原音质好

2.MP3文件

MP3（MPEG Audio layer3）是一种按MPEG标准的音频压缩技术制作的音频文件。

特点：高压缩比（11:1），优美音质

3.WMA文件

WMA（Windows Media Audio）是Windows Media格式中的一个子集（音频格式）。

特点：压缩到MP3一半

4.MIDI文件

MIDI（乐器数字接口）是由一组声音或乐器符号的集合。

特点：数据量很小，缺乏重现自然音

四、数字音频压缩标准

1.音频压缩方法概述

图5

压缩编码技术是指用某种方法使数字化信息的编码率降低的技术

音频信号能压缩的基本依据：

①声音信号中存在大量的冗余度；

②人的听觉具有强音能抑制同时存在的弱音现象。

音频信号压缩编码的分类：

①无损压缩（熵编码）

霍夫曼编码、算术编码、行程编码

②有损压缩

波形编码--PCM、DPCM、ADPCM 、子带编码、矢量量化

参数编码--LPC

混合编码--MPLPC、CELP

2.音频压缩技术标准

五、声卡

1.声卡的主要功能

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：

①录制、编辑和回放数字音频文件

②控制和混合各声源的音量

③记录和回放时进行压缩和解压缩

④语音合成技术（朗读文本）

⑤具有MIDI接口（乐器数字接口）

2.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）