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(多图) 掌握音频协议和标准

ADI公司 Aseem Vasudev?? 2011年02月10日 ?? 收藏0

?  采样速率转换器(SRC)——这是音频系统的一个重要组成部分。采样速率转换既可以通过软件实现,也可以通过一些处理器的片内硬件来支持(见图3)。它主要用于将数据从一个采用特定采样速率的时钟域转换到另一个采用相同或不同采样速率的时钟域。

采样速率转换过程的四个不同阶段

图3 采样速率转换过程的四个不同阶段

  音频可以采用不同采样速率进行编码,其他任务由编解码器完成。某些情况下需要改变编解码器的主时钟,以支持特定采样速率。从采用某一采样速率的音频转换为采用不同采样速率的音频时,即时改变主时钟并不是一件容易的事,有时甚至不可能完成,因为需要更改电路板上的硬件。因此,采样速率转换一般在将数据驱动到编解码器之前执行。这样,编解码器的采样速率不需要改变,可以保持恒定。串行端口以采样频率1发送音频数据到另一端的SRC和编解码器,然后以采样频率2从SRC读取音频数据。

  ?SRC分为两种类型:同步SRC和异步SRC。与同步SRC连接的输出器件为“从机”,与异步SRC连接的器件为“主机”。“主机”是指驱动SCK和帧同步信号的器件。

  SRC利用输出采样速率极高的插值滤波器和零阶保持器(ZOH)将离散时间信号转换为连续时间信号。插值值被馈送至ZOH,并以Fs out的输出采样频率进行异步采样。

  音频系统

  大多数手持式音频设备支持双声道,并能解码MP3、Ogg、WMA媒体格式。这些设备大多依赖电池供电。还有许多手机,其中一些称为“音乐手机”,也属于此类设备。另一方面,家庭影院系统支持多扬声器、多声道音频,例如,Dolby、DTS和各种其他音频后处理算法(THX、 ART、Neo6等)。

  便携式音频系统——有些手持式音频系统采用ASIC,有些则采用DSP。MP3、Ogg和其他媒体文件等音频内容通常存储在高密度存储设备中,如NAND闪存、安全数字(SD)卡、多媒体卡(MMC)和安全数字高容量卡(SDHC)等。

  图4显示了与ASIC/DSP的主要系统接口。SD和MMC还支持串行SPI模式,DSP和各种微控制器/微处理器通常提供此种模式。某些处理器片内支持这些标准。利用处理器的其他资源/接口,如并行端口或异步存储器接口等,也可以通过软件实现这些协议。当然,软件实现方法会增加开销。对于运行操作系统(OS)或内核的系统,必须使这些接口和驱动程序与OS兼容,而不应依赖中断服务等。OS环境下可能会引起不可预测的延迟,影响接口时序规格,使得接口不可靠,有时甚至无法工作。为了确保OS兼容,可能需要使用额外的硬件胶合逻辑。

手持式音频系统框图

图4 手持式音频系统框图

  例如,一个设计示例(见图5)在处理器的外部存储器接口上实现了SD 2.0规范。数据总线不仅用于数据传输,而且用于与SD卡交换命令和响应。在SD卡的4位模式下,数据总线的D0至D3信号连接到SD卡的数据线(DAT0至DAT3)。处理器数据总线的D4用于与SD卡进行命令和响应通信。由于命令字必须通过CMD信号串行发送,因此一系列8位字形成内部存储器中的帧,使得各个字的D4依次具有命令字的一位。这种数据重排是通过函数调用在软件中完成。类似地,软件对接收的状态信息和来往SD卡的实际数据执行数据重排。SD卡时钟信号自ARE/(读取选通)和AWE/(写入选通)信号获得。ARE/和AWE/连接到一个具有开集输出的缓冲器的输入端。AMS3 /(异步存储器片选选通)连接到此缓冲器的输出使能引脚。此缓冲器的输出执行“线与”处理,所产生的信号作为时钟提供给SD卡。数据线也通过一个双向缓冲器进行缓冲。

  AMS3/驱动缓冲器的输出使能引脚。要求对缓冲器进行隔离,以便其他异步存储设备也能共享数据总线。D5驱动双向缓冲器的DIR(方向控制)引脚。缓冲器两端均需要上拉电阻。BF-54x等其他一些Blackfin产品提供片内SD支持。

Blackfin BF-527处理器异步存储器接口和并行外设接口上的SD设计

图5? Blackfin BF-527处理器异步存储器接口和并行外设接口上的SD设计

  文件系统——需要实现FAT16/32来管理存储卡上的音频文件和文件夹。这些代码与音频解码器代码集成。解码后的音频数据接着被送至数模转换器(DAC),经过放大后再被送至音频立体声连接器。与DAC相连的接口通常是串行I2S接口。DAC配置通过串行外设接口(SPI)或I2C兼容外设来完成。运行时,可以通过此控制接口改变各种DAC参数,如采样率、增益/音量控制等。

  处理器或FPGA从SPI引导ROM/闪存器件进行引导加载。应用程序下载至其内部存储器后执行。处理器利用其内部SRAM为IO数据缓冲器存储编码音频帧(从存储介质读取)和解码音频数据(驱动至DAC)。


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音频协议? 音频算法? DVD?

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