音频 I2S 协议简介

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音频 I2S 协议简介

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。

I2S主要有三个信号

1、串行时钟SCLK，也叫位始终（BCLK），对应数字音频的每一位数据，SCLK都有一个脉冲。SCLK的频率=2 * 采样频率 * 采样位深。

2、帧时钟LRCK（也称WS），用于切换左右声道的数据。LRCK为‘1’表示传输右声道数据，为“0”则是左声道。LRCK的频率 = 采样频率

3、串行数据（SDATA），就是用二进制补码表示的音频数据，（MSB ---> LSB：数据由高位到低位依次传输）

4、有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），是采样频率的256倍或384倍。（但不是必要的）

声音数字化理论

现实生活中的声音是通过一定介质传播的连续的波，它可以由周期和振幅两个重要指标描述。正常人可以听到的声音频率范围为 20Hz~20KHz。现实存在的声音是模拟量，这对声音保存和长距离传输造成很大的困难，一般的做法是把模拟量转成对应的数字量保存，在需要还原声音的地方再把数字量的转成模拟量输出如下图所示：

模拟量转成数字量一般可以分为三个过程，分别为采样、量化、编码，如下图所示。

用一个比源声音频率高的采样信号去量化源声音，记录每个采样点的值，最后如果把所有采样点数值连接起来与源声音曲线是互相吻合的，只是它不是连续的。在图中，两条蓝色虚线距离就是采样信号的周期，即对应一个采样频率(FS)，可以想象得到采样频率越高最后得到的结果就与源声音越吻合，但此时采样数据量越越大，一般使用 44.1KHz 采样频率即可得到高保真的声音。每条蓝色虚线长度决定着该时刻源声音的量化值，该量化值有另外一个概念与之挂钩，就是量化位数。量化位数表示每个采样点用多少位表示数据范围，常用有 16bit、 24bit 或 32bit，位数越高最后还原得到的音质越好，数据量也会越大。


声音数字化三要素

采样频率：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）。

音频数据量 = 采样频率(Hz) * 量化位数 * 声道数 / 8，单位：字节/秒。

如下图，黄色波形是LRCK，其频率是44.1KHz，即采样频率是44.1KHz。是立体声的话，一个周期需要传输左右声道的数据。

蓝色波形是BCLK，其频率是2.8MHZ左右。由SCLK的频率=2 * 采样频率 * 采样位深，可以计算出这个数据的采样位深为32位。

把波形拉开可以看到一个声道传输了多少位数据，一个脉冲代表一位。


下图可清晰的看到位时钟和数据的对应关系：对应数字音频的每一位数据，SCLK都有一个脉冲。