一、I2S协议概述
I2S（Inter-IC Sound or Integrated Interchip Sound）是一种用于数字音频数据流的标准化接口，主要用于音频设备中数字音频的传输。I2S由Philips（今天的NXP Semiconductors）设计，最初的设计目的是为CD转换器、数字信号处理器和DAC器件提供接口。 I2S协议通过两根同步时钟线和一个数据线传输数据，通常在系统中使用DSP、音频卡、数字电视和DVD播放器等设备。
I2S协议由至少3 根线组成：BCLK、LRCLK 和 SDATA
- BCLK：位时钟（Bit Clock），用于同步传输数据
- LRCLK：帧时钟（Left-Right Clock），通常是48KHz或者44.1KHz，用于同步声道信息
- SDATA：数据线（Serial Data），传输音频数据
数据在L和R时序是以左/右声道区分的。 其中，每个时钟边沿都传输一个位，这个位可以是左声道、右声道或者空白。每个时钟周期传输的字节数取决于输入和输出样品的位数和通道数。
#include
#define I2S_LRCK 33
#define I2S_BCLK 27
#define I2S_DATA 32
void setup() {
Serial.begin(9600);
I2S.begin(I2S_DATA, I2S_BCLK, I2S_LRCK);
}
void loop() {
float sample = I2S.readFloat();
Serial.println(sample);
}
二、I2S协议的优点
相对于I2C和SPI协议，I2S协议在音频数据传输方面有以下优点：
- 带宽要求更低：因为I2S协议数据传输方式是串行的，所以每个时钟节拍只要传输一个位，传输单个数据比I2C要高效。同时，I2S协议不需要使用ACK或奇偶校验等数据完整性算法，可以更快速地传输数据。
- 更低的延迟：由于I2S数据传输是连续的，没有等待应答信号的延迟，所以I2S协议的响应速度更快。
- 更高的精度：I2S可以传输16位或者24位的PCM数据，因此对于需要更高精度的音频设备，I2S协议能够满足使用要求。
三、I2S协议的应用场景
目前，I2S协议已经得到了广泛的应用，尤其是在音频传输方面。下面列出了一些典型的应用场景：
- 音频采集卡：I2S协议可以用于音频数字化，采集模拟音频信号，一般用于录音室或者音频制作设备。
- 数字信号处理器：I2S协议可以将数字信号处理器（DSP）与音频数字化芯片相连接，使得数字信号处理器可以进行实时音频处理。
- 数字音频放大器：I2S协议在不同设备之间提供了数字音频传输的接口，可以传输音频信号到数字音频放大器等设备上，实现对数字信号的放大、处理和放音等功能。
四、I2S协议的实现
I2S协议可以在很多物理接口中实现，包括I2S接口芯片、嵌入式系统、单片机等。在Arduino中，可以使用I2S库对I2S接口进行调用。
#include
#define I2S_LRCK 33
#define I2S_BCLK 27
#define I2S_DATA 32
void setup() {
Serial.begin(9600);
I2S.begin(I2S_DATA, I2S_BCLK, I2S_LRCK);
}
void loop() {
float sample = I2S.readFloat();
Serial.println(sample);
}
五、结论
综上所述，I2S协议是一种用于数字音频数据流的标准化接口，具有带宽低、延迟小、精度高等优点。在音频设备中得到了广泛的应用，例如音频采集卡、数字信号处理器和数字音频放大器等。对于开发人员来说，使用I2S库可以非常方便地控制I2S接口设备，实现音频数据的传输与处理。