I2S概述

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

I2S應用框圖

圖1 I2S應用框圖

如圖1所示，I2S協議定義了3種組網結構。SCK和WS總是有Master發起。系統的Master可以是發送方，也可以是接收方，或者由第三方控制控制。SD在確定應用時方向為確定的，既可以由Master發送，也可以由Slave發送。

I2S接口信號

表1 I2S接口信號

SCK：串行時鐘，由Master控制。

SD：串行數據。串行化時，按照高位先傳的原則進行。I2S標準模式下，當系統位寬比字長長時，低位補充0。MSB在WS變化的下一個周期發送。接收方在上升沿采集數據。

WS：字線選擇指示，由Master控制。在標準模式下，低電平表示左聲道，高電平表示右聲道。WS在MSB傳輸的前一個時鐘周期跳變。

I2S接口數據格式

圖2 I2S三種數據傳輸模式

如圖2所示，目前I2S數據格式按照WS和SCK相位的不同，分為三種類型：I2S Philips格式（標準模式），左對齊模式，右對齊模式。這三種模式的可以依靠如下特點簡單區分：

標準模式：低電平表示左聲道，數據在WS跳變后一個周期開始發送

左對齊模式：高電平表示左聲道且無效數據填充在低位，數據在WS跳變當周期開始發送

右對齊模式：高電平表示左聲道且無效數據填充在高位，數據在WS跳變當周期開始發送

I2S接口音頻應用

I2S協議僅簡單定義了接口信號、時序、電平等物理接口。數據發送內容、發送位寬、SCK頻率、WS頻率均沒有定義。而實際應用時，因為音頻數字化的特點，這些實際上是有明確定義的。為了方便理解，我們先從音頻數字化3個關鍵指標說起：

指標一，采樣頻率。音頻信號為模擬信號，模數轉換時需要確定采樣頻率。人聲頻率范圍為300Hz~3.4KHz，而人的聽覺范圍為20Hz~20KHz，根據Nyquist采樣定理，如果我們的目標是語音通話，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，表中對不同的應用需求，采樣頻率做了不同的定義。理論上講，采樣頻率越高音質越好，而實際上按照剛好夠用的原則，8KHz（》3.4KHz*2）用于語音業務已夠用， 44.1/48KHz（》20KHz*2）用于音頻已夠用。

指標二，量化位數。采樣頻率是對聲音信號在時間軸上的采樣精度定義。而量化位寬則是對聲音信號在幅度軸上的采樣精度定義。假如聲音幅度為 V，當量化位數為n時，理想情況下可以簡單理解為能夠區分V/2^n聲音幅度差異。理論上講量化位數越多，音質越好。常用的采樣位數有8位，16位，24位，32位。

指標三，聲道數。音頻數字化通道個數。一般為單聲道，雙聲道等。

了解了音頻數字化的指標后，現在來介紹本節開始提到的I2S協議未定義的內容：

發送內容：每次模擬音頻采樣的AD轉換結果

發送位寬：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*發送位寬*2（聲道數）

后記

I2S協議WS位寬為1bit，因此限制了其單個I2S接口僅能支持兩個聲道。在多聲道應用時可以采用增加I2S接口數量的方式來實現。
責任編輯人：CC