音频——I2S 协议基本概念(一)

• I2S 基本概念
• 飞利浦(I2S)标准模式
• 左(MSB)对齐标准模式
• 右(LSB)对齐标准模式
• DSP 模式
• TDM 模式

I2S 协议基本概念

信号线定义

I2S 信号有多种模式

• 五线 I2S
• 四线 I2S
• 两线 TX
• 两线 RX

以五线 I2S 为例，各个信号线的功能及描述见下表

信号线	描述
SCLK	串行时钟，也叫位时钟(BCLK)，对应数字⾳频的每⼀位数据，SCLK 都有⼀个脉冲。SCLK 的频率=2x采样频率x采样位数
ADC_LRCLK	帧时钟，⽤于切换左右声道的数据，控制上行数据。LRCLK（Left/Right CLOCK），LRCLK 的频率 = 采样频率
DAC_LRCLK	帧时钟，⽤于切换左右声道的数据，控制下行数据。LRCLK（Left/Right CLOCK），LRCLK 的频率 = 采样频率
SDATAI	串行数据输入，用二进制补码表示的音频数据输入信号(MSB->LSB：数据由高位到低位依次传输)
SDATAO	串行数据输出，用二进制补码表示的音频数据输出信号(MSB->LSB：数据由高位到低位依次传输)
MCLK	主时钟，也叫系统时钟(Sys Clock)，为了使系统间能够更好的同步，MCLK的频率=256fs 或384fs(fs 指采样频率)

• 需要注意的是 MCLK 其实不是 I2S 中规定的，只是为了让 codec 和 MCU 间能够更好的同步。

协议分类

根据 data 相对于 LRCLK 与 BCLK 位置的不同，I2S 协议一般分为 6 种不同的模式，发送端和接收端必须使用相同的数据格式。

• 飞利浦(I2S)标准模式
• 左(MSB)对齐标准模式
• 右(LSB)对齐标准模式
• DSP 模式
  • DSP 模式 A
  • DSP 模式 B
• TDM 模式
  • TDM 模式 A
    • 4 通道 TDM
    • 6 通道 TDM
    • 8 通道 TDM
    • N 通道 TDM
  • TDM 模式 B
    • 4 通道 TDM
    • 6 通道 TDM
    • 8 通道 TDM
    • N 通道 TDM
  • TDM 模式 C
    • 4 通道 TDM
    • 6 通道 TDM
    • 8 通道 TDM
    • N 通道 TDM

相关术语

• MSB：表示数据的最高 BIT 位
• LSB：表示数据的最低 BIT 位
• PCM：Pulse Code Modulation - 脉冲编码调制
• TDM：Time Division Multiplexing - 时分复用
• slot：槽 - 是指某个通道的一帧数据
• slot_num：槽的个数
• slot_width：一帧数据的位数

位宽与位深

位宽

根据上面公式 SCLK 的频率=2x采样频率x位宽，可以得到 I2S 的数据位宽
$$位宽=\frac{SCLK/BCLK}{2LRCLK}=\frac{SCLK/BCLK}{2fs}$$

位深

表示音频数据量化后的精度

示例

例如，在下文出现的图中，位宽均为 32 位，位深可以设置为 32/24/20/16 等

需要注意在 I2S/LJ/RJ 模式中，位宽/位深 是由 master 决定的

32位位宽，32位位深

• I2S mode
• MSB first
• 32位位宽 word width，32位位深 bit depth
• 2通道

时序如下

32位位宽，24位位深

• I2S mode
• MSB first
• 32位位宽 word width，24位位深 bit depth
• 2通道

时序如下

32位位宽，20位位深

• I2S mode
• MSB first
• 32位位宽 word width，20位位深 bit depth
• 2通道

时序如下

32位位宽，16位位深

• I2S mode
• MSB first
• 32位位宽 word width，16位位深 bit depth
• 2 通道

时序如下