Linux音频子系统 - 概念

Posted 2021-09-03 四季帆

1. 理论概念

1.1 数字音频

        声音在自然界以声波的形式存在，是一系列连续变化的模拟信号，声音的三个要素是音调、音强和音色。声波有三个重要参数：频率 ω0、幅度An 和相位 ψn。

        数字音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，数字音频在计算机上的存储是以0、1的形式存取的，那么数字音频就是首先将音频数据(模拟信号)转化电平信号，然后再将电平信号转换成二进制数据保存，播放的时候就把二进制数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出。

1.2 音频格式

        音频文件格式主要分有损和无损两类，有损文件格式是基于声学心理学的模型，除去人类很难或根本听不到的声音。

1.3 声道数

        单声道的声道数为1个声道；

        双声道的声道数为2个声道，立体声道的声道数默认为2个声道；

        四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，4.1声道音箱系统其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20～120Hz的超低音。

        5.1声音系统其实来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号，在欣赏影片时有利于加强人声，把对话集中在整个声场的中部，以增加整体效果。

        7.1系统已经出现，它在5.1的基础上又增加了中左和中右两个发音点，以求达到更加完美的境界。

2. 技术概念

2.1 I2S

        I2S全称Inter-IC Sond Bus，是飞利浦在1986年定义(1996年修订)的数字音频传输标准，用于数字音频数据在系统内部器件之间传输，例如编解码器Codec、DSP、数字输入/输出接口、ADC、DAC和数字滤波器等。

        对于I2S的数字接口定义也比较简单，没有从地址或者从设备的概念，在I2S总线上，只能同时存在一个主设备和发送设备，在I2S系统中，提供时钟（SCK）的设备为主设备。

        I2S的信号：

串行始终SCLK，也叫位始终（BCLK），对应数字音频的每一位数据，SCLK的频率=2 * 采样频率 * 采样位深。
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
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）
一般还有MCLK，主时钟

2.2 PCM

        PCM（Pulse Code Modulation)是通过等时间间隔（采样速率）将采样模拟信号数字化的方法。

2.3 PDM

        PDM(Pulse Density Modulation)是一种数字信号表示模拟信号的调制方法。