I2S总线规范

I2S（Inter-IC Sound Bus）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。在飞利浦公司的I2S标准中，既规定了硬件接口规范，也规定了数字音频数据的格式。I2S有3个主要信号：

1、串行时钟SCLK，也叫位时钟BCLK，即对应数字音频的每一位数据，SCLK有1个脉冲。SCLK的频率=2×采样频率×采样位数。

2、帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据。LRCK为“0”表示正在传输的是左声道的数据，为“1”则表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。

3、串行数据SDATA，就是用二进制补码表示的音频数据。

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。

I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCK变化（也就是一帧开始）后的第2个SCLK脉冲处，见下面I2S格式图。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。

随着技术的发展，在统一的 I2S接口下，出现了多种不同的数据格式。根据SDATA数据相对于LRCK和SCLK的位置不同，分为左对齐（较少使用）、I2S格式（即飞利浦规定的格式）和右对齐（也叫日本格式、普通格式）。

非I2S格式如图：

I2S格式如图：

对非I2S格式而言，为了保证数字音频信号的正确传输，发送端和接收端应该采用相同的数据格式和长度。对I2S格式来说数据长度可以不同。而且帧时钟LRCK高低电平对应左右声道的意义也不同？

注意I2S总线和I2S格式的区别，I2S总线是一种总线标准，I2S格式是飞利浦制定的数据格式。在统一的I2S总线接口下，出现了左对齐和右对齐等非I2S格式。

在我们系统Android中，设置sample_rate=44.1Khz，sample_length=16，channel=2；那么BCLK应该为2×44.1Khz×16=32xsample_rate，而实际上MCLK=11.289Mhz，BCLK=MCLK/4，sample_rate=LRCK=BLK/64=44.1Khz，BCLK和理论计算的值不符。引用“如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位”，因此这是可以解释的。

I2S/PCM时序对比

PCM

I2S

DAI概述

增加AC97、I2S、PCM三种接口说明，摘自内核文档DAI.txt：

ASoC currently supports the three main Digital Audio Interfaces (DAI) found on SoC controllers and portable audio CODECs today, namely AC97, I2S and PCM.

AC97 ====

  AC97 is a five wire interface commonly found on many PC sound cards. It is now also popular in many portable devices. This DAI has a reset line and time multiplexes its data on its SDATA_OUT (playback) and SDATA_IN (capture) lines. The bit clock (BCLK) is always driven by the CODEC (usually 12.288MHz) and the frame (FRAME) (usually 48kHz) is always driven by the controller. Each AC97 frame is 21uS long and is divided into 13 time slots.

The AC97 specification can be found at :- http://www.intel.com/design/chipsets/audio/ac97_r23.pdf

I2S ===

 I2S is a common 4 wire DAI used in HiFi, STB and portable devices. The Tx and Rx lines are used for audio transmission, whilst the bit clock (BCLK) and left/right clock (LRC) synchronise the link. I2S is flexible in that either the controller or CODEC can drive (master) the BCLK and LRC clock lines. Bit clock usually varies depending on the sample rate and the master system clock (SYSCLK). LRCLK is the same as the sample rate. A few devices support separate ADC and DAC LRCLKs, this allows for simultaneous capture and playback at different sample rates.

I2S has several different operating modes:-

 o I2S - MSB is transmitted on the falling edge of the first BCLK after LRC          transition.

 o Left Justified - MSB is transmitted on transition of LRC.

 o Right Justified - MSB is transmitted sample size BCLKs before LRC                      transition.

PCM ===

PCM is another 4 wire interface, very similar to I2S, which can support a more flexible protocol. It has bit clock (BCLK) and sync (SYNC) lines that are used to synchronise the link whilst the Tx and Rx lines are used to transmit and receive the audio data. Bit clock usually varies depending on sample rate whilst sync runs at the sample rate. PCM also supports Time Division Multiplexing (TDM) in that several devices can use the bus simultaneously (this is sometimes referred to as network mode).

Common PCM operating modes:-

 o Mode A - MSB is transmitted on falling edge of first BCLK after FRAME/SYNC.

 o Mode B - MSB is transmitted on rising edge of FRAME/SYNC.  

TDM

四、关于数字音频，音频采样位数，采样率，比特率

数字音频是指使用数字编码的方式也就是使用0和1来记录音频信息，它是相对于模拟音频来说的。在CD光盘和计算机技术未出现之前都是模拟音频（如录音带），其中数字/模拟转换器简称：DAC、模拟/数字转换器简称：ADC 。

1、数字音频里几个重要的参数：

1）采样位数——可以理解数字音频设备处理声音的解析度，即对声音的辨析度。就像表示颜色的位数一样（8位表示256种颜色，16位表示65536种颜色），有8位，16位，24位等。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。

2）采样频率——就是对声音信息1秒钟采样多少次，以记录成数字信息。如CD音频是44.1KHz采样率，它对声音以每秒44100次的频率来记录信息。原则上采样率越高，声音的质量越好。

3）比特率——表示单位时间（1秒）内传送的比特数bps（bit per second，位/秒）的速度。作为一种数字音乐压缩效率的参考性指标，通常使用kbps（通俗地讲就是每秒钟1024比特）作为单位。

有了以上三个参数我们就可以以CD光盘为例来计算一下分析一下。

首先一张标准音乐CD光盘容量是746.93MB。注意大B是字节，小b是位。一字节（B）等于8位（b）。

CD音频是以采样率为44.1KHZ，采样位数为16位，左右双声道（立体声）进行采样的。而一张标准CD光盘的时长是74分钟

那么容量计算公式为：(44100*16*2)/8*(74*60)=783216000字节   转为MB为  783216000/1024/1024=746.93MB(兆字节)

在数字音频领域，常用的采样率有： 8,000 Hz - 电话所用采样率, 对于人的说话已经足够 11,025 Hz 22,050 Hz - 无线电广播所用采样率 32,000 Hz - miniDV 数码视频 camcorder、DAT (LP mode)所用采样率 44,100 Hz - 音频 CD, 也常用于 MPEG-1 音频（VCD, SVCD, MP3）所用采样率 47,250 Hz - Nippon Columbia (Denon)开发的世界上第一个商用 PCM 录音机所用采样率 48,000 Hz - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率 50,000 Hz - 二十世纪七十年代后期出现的 3M 和 Soundstream 开发的第一款商用数字录音机所用采样率 50,400 Hz - 三菱 X-80 数字录音机所用所用采样率 96,000 或者 192,000 Hz - DVD-Audio、一些 LPCM DVD 音轨、BD-ROM（蓝光盘）音轨、和 HD-DVD （高清晰度 DVD）音轨所用所用采样率 2.8224 MHz - SACD、 索尼 和 飞利浦 联合开发的称为 Direct Stream Digital 的 1 位 sigma-delta modulation 过程所用采样率。

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