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音頻基礎(chǔ)知識

嵌入式軟件開發(fā)交流 ? 來源:嵌入式軟件開發(fā)交流 ? 2024-01-19 09:25 ? 次閱讀
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聲卡

聲卡是負責錄音、播音和聲音合成的一種多媒體板卡。其功能包括:

錄制、編輯和播放數(shù)字音頻文件

控制和混合各聲源的音量

記錄和回放時進行壓縮和解壓縮

語音合成技術(shù)(朗讀文本)

具有MIDI接口(樂器數(shù)字接口)

聲卡的芯片類型:

CODEC芯片(依賴CPU,價格便宜)

數(shù)字信號處理器DSP(不依賴CPU)

聲音數(shù)字化流程

模擬信號到數(shù)字信號的過程:

模擬信號--->采樣--->量化--->編碼--->數(shù)字信號

wKgZomWpz5uAUViXAABNG5iAdC4245.jpg

聲音數(shù)字化三要素

采用頻率:每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)。采樣頻率越高,聲音質(zhì)量越好,數(shù)據(jù)量也越大。常用的采樣頻率有11.025KHz,22.05KHz,44.1KHz,48KHz,96KHz等。

量化位數(shù):每個采樣點用多少二進制位表示數(shù)據(jù)范圍。量化位數(shù)也叫采樣位數(shù)。量化位數(shù)越多,音質(zhì)越好,數(shù)據(jù)量也越大。常用的采樣位數(shù)有8位,16位,24位,32位等。

聲道數(shù):使用聲道的個數(shù)。立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富,但是數(shù)據(jù)量翻倍。常用的聲道數(shù)有單聲道,立體聲(左聲道和右聲道)。

Codec作用

對PCM或I2S等信號進行D/A轉(zhuǎn)換,把數(shù)字的音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬信號

對Mic、Linein或者其他輸入源的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換,把模擬的聲音信號轉(zhuǎn)變CPU能夠處理的數(shù)字信號

對音頻通路進行控制,比如播放音樂,收聽調(diào)頻收音機,又或者接聽電話時,音頻信號在codec內(nèi)的流通路線是不一樣的

對音頻信號做出相應(yīng)的處理,例如音量控制,功率放大,EQ控制等

基本概念

LineIn

LineIn端口只能輸入音頻信號,芯片內(nèi)部沒有放大器,因此不能連接麥克風,只能輸入來自其他設(shè)備的音頻信號。該端口主要用于連接電吉他、電子琴、合成器、拾音器等外界設(shè)備的音頻信號輸出的錄音,這些設(shè)備本身輸出功率就比較大,因此需要連接到LineIn端口錄音。

Mic

Mic端口用來連接麥克風,芯片內(nèi)部有放大器,可以對來自麥克風的信號進行放大。這個端口和LineIn的區(qū)別在于它有前置放大器,換言之麥克風本身輸出功率小,因此必須要有一個外部的放大設(shè)備來放大音頻信號。

LineOut

LineOut是音頻信號輸出,此信號未經(jīng)放大器放大,所以功率小,驅(qū)動能力弱,只能輸出到其他的音頻接收設(shè)備,不能直接接到耳機、揚聲器。對于一些阻抗高的耳機,其驅(qū)動能力要求低,LineOut信號直接連接后也能發(fā)聲,只不過聲音很小。

Speaker

Speaker就是喇叭輸出,可以直接接到無源音箱,功率輸出較大。

Headphone

headphone就是我們平時看到的耳機孔輸出,headphone接口輸出的內(nèi)部存在功放,因此可以直接驅(qū)動耳機。

硬件接口

(1)I2S

I2S速度快,專門用于傳音樂。從SoC往Codec傳音樂數(shù)據(jù),一般使用I2S。包含主時鐘(MCLK)、串行時鐘(SCLK)、幀時鐘(LRCK)、數(shù)據(jù)信號(SD)。

接口定義

MCLK: 主時鐘,這個信號其實不屬于I2S的接口定義。所以I2S一般認為只有3根信號線。

SCLK: 串行時鐘,也叫位時鐘(BCLK),對應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)的時鐘。SCLK的頻率=2 * 采樣頻率 * 采樣位深。

LRCK(WS): 幀時鐘,左右聲道選擇信號。

SD: 串行數(shù)據(jù),用來傳輸音頻數(shù)據(jù)

wKgaomWpz5uAD11pAAAzX-5Muuc059.png

頻率計算:

假設(shè)聲音的采樣頻率為 44.1kHz,即幀時鐘(LRCK)的頻率必須也為 44.1 kHz;左/右2個聲道的量化深度均為16bit,則I2S的SCLK的頻率為:44.1kHz×16×2=1.4112MHz。MCLK時鐘頻率一般為256LRCK = 25644.1kHz =11.2896MHz。

提示:上面的I2S是半雙工的,但隨著I2S的發(fā)展,有全雙工的接口(SD_IN, SD_OUT),甚至多通道的接口。

(2)PCM

PCM接口主要用來傳語音。它通常用于AP處理器和通信MODEM之間傳輸語音數(shù)據(jù)(就是雙向打電話的數(shù)據(jù))。

接口定義:

PCM_CLK: 數(shù)據(jù)時鐘信號

PCM_SYNC: 幀同步時鐘信號

PCM_IN: 接收數(shù)據(jù)信號

PCM_OUT: 發(fā)送數(shù)據(jù)信號

wKgaomWpz5uAR7uxAACbpwr5-Ho330.png

(3)PDM

PDM,只有2根線,它的編碼方式和I2S不同。很多數(shù)字麥克風使用PDM接口,它有數(shù)據(jù)和時鐘兩根線。PDM接口和I2S最大的區(qū)別是編碼方式不同。

接口定義:

PDM_CLK: 時鐘信號。

PDM_DATA: 數(shù)據(jù)信號。

wKgZomWpz5uATU_OAABe8jo9Xic500.png

名詞解析

PCM: 脈沖編碼調(diào)制, 把聲音從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的一種技術(shù)

TDM: Time Division Multiplexing,時分復用

DAI: Digital Audio Interfaces 數(shù)字音頻接口

ALSA: Advanced Linux Sound Architecture 高級Linux音頻架構(gòu)

ASoC: ALSA System on Chip

DAPM: Dynamic Audio Power Management 動態(tài)音頻電源管理

Mixer: 混合器

HIFI: High-Fidelity 高保真

DPCM: 差分脈沖編碼調(diào)制

JACK: 耳機的接口檢測

Headphone: 耳機

Micphone: 麥克風

Headset: (耳麥)帶有麥克風的耳機 headphone + micphone

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:音頻基礎(chǔ)知識

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