很多人對於Digital Audio 的介面總是搞不清楚,常常不知怎麼Debug ...
在Digital audio 的介面中常用的 I2S , SPDIF , Fiber Optical, Coaxial ...
在此我們把他們分為機器內與機器外:
1. 機器內:I2S
2. 機器外:SPDIF (有光纖與同軸兩種不同介面)。
I2S 是Philips 與Sony 制訂的規格,信號共有三條:
Bit Clock, Data it or Out, Word Strobe..
當我們對一個單音信號做ADC 轉換時,各位都知道有取樣頻率與解析度的問題,而根據取樣定理,取樣頻率必須大於信號變化頻率的兩倍,以人耳可以聽到20Hz~20KHz 而言,一般40Khz 的取樣頻率就可以得到接近不失真的取樣。在目前我們常用的取樣頻率大部分是44.1Khz , 及48Khz。
如果取樣頻率為48KHz, 則我們會在Word strob 量到48KHz , 因為Word Strobe 的High 代表右升到,Word 為LOW 時代表左聲道,所以假如我們要做左右聲道對調是,只要把Word Strobe 反向就可以了。早期ADC 轉換的IC 有些是16bits , 有些是18bits , 後來漸漸統一,最近的IC 大部分是20 bits .. 為了能向下相容所以大部分IC 會在每一個sample 送出32 bits 的空間,以解決bit 數不一的問題,但是這也帶來另一個問題,到底MSB,LSB 怎麼放的問題。在實際上我們建議實際去上定看看,聲音正常代表設定就正常。
在Debug I2S 時我們從上面我們就可以知道bit clock 為Word Strobe 的64 倍,data bit 如果有播放聲音則會呈現不規則狀態,只要確認信號上的Level 足夠就好了。
在I2S 有分Master 與Slave , 很多人也是搞不清此,以為ADC IC一定是Master , DAC IC 一定是Slave , 答案是錯的。大部分DAC 都是Slave 沒錯,但ADC 不見得一定工作在Master mode。有一個簡單的口訣,當Master 必須送出Word Strobe 及Bit Clock , Slave 的Bit clock ,及word strobe 一定必須設定成輸入。
既然I2S 是在機器內IC 與IC 之間的連接就會有取樣頻率不一樣的問題,ADC 工作於96KHz , DSP 工作於48Khz 這是很常見的,這個時候就必須要有SRC (Sampling Rate converter ) ,將96Khz 轉成48KHz , 這樣的SRC 也是有好壞的分別,如上96Khz 轉成48Khz , 最簡單的作法就是將96Khz 的資料丟掉一半,並將Word Strobe 除2 , 其實他們原本的48Khz 沒神麼兩樣,最好的當然是補償除2 囉!
SPDIF 介面將I2S 做一延伸,為了達簡單連接的的傳輸,所以他吧I2S 的data 做bi-phase 的調變,但基本去樣的原則跟I2S 是一樣的。
SPDIF interface 可以接收32K~192K frames/per second ..意似就是說一秒鐘傳32~192K 個聲音封包, 這個值跟audio I2S 的samling clock 是一樣的, 所以我們可以把spdif 的速度看成audio 的取樣速度。這個取樣頻率就等於I2S Word strobe 的頻率。
在I2S 中因為Word Strobe 有high/low , 所以可以知到是左聲道還是右聲道,但在SPDIF 內,則把每一個frame 分成兩個Sub-Frame, Sub-Frame1 & Sub-Frame 2,每一個Sub-frame 為32 bits ,
這32 bits 包含4bits 旗標, 20bits audio sample , 4 bits 輔助位元4bits 同步偵測位元。
V : Validity bit
U : User bit
C : Channel bit
P : Parity bit
這些flags 每秒會有192bits, 24bytes, 詳細可以參考附件。
另外因為SPDIF 經過bi-phase 的調變,所以用示波器並沒辦法問定的trigger, 可以用頻普分析儀,量到其中心頻率,依據bi-phase 的原理應該是Sampling rate 的兩倍頻率。
如果是48Khz 的sampling rate,則為48Khz * 64*2 = 6.144MHz ..
如果是192KHz 則為 192KHz *64*2 = 24.576MHz
... 不知道怎樣放附件....
Wolfson SPDIF receiver IC spec http://www.wolfsonmicro.com/products/WM8804/
Cirrus logic application note http://www.cirrus.com/en/pubs/appNote/an22.pdf
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