I2S接口工作原理_I2S接口介紹

I2S總線， 又稱 集成電路內(nèi)置音頻總線，是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線專門用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。

數(shù)字傳輸接口，最常見的包括SPDIF（光纖或同軸）、AES/EBU、USB及火線。其中AES/EBU又稱“平衡數(shù)字接口”，常用于專業(yè)領(lǐng)域，因?yàn)樗虚L(zhǎng)距離傳輸抗干擾的優(yōu)勢(shì)，適合用于動(dòng)輒幾十米傳輸線的專業(yè)領(lǐng)域里，理論上支持長(zhǎng)達(dá)1公里的傳輸距離，SPDIF則主要用于民用領(lǐng)域，比如光碟播放機(jī)、電腦聲卡，傳輸距離一般不超過10米。USB和火線則是近年來(lái)PC-Fi的流行所帶來(lái)的結(jié)果。其中USB越來(lái)越流行和多見，火線接口則逐漸式微。在USB3.0標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)之前，火線有著傳輸速率高的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，但USB3.0的出現(xiàn)使得火線已經(jīng)喪失優(yōu)勢(shì)，因此它很快退出了大家的視野。

除了這些熟悉的數(shù)字接口外，還有一種數(shù)字傳輸方式，其實(shí)早已存在，一直用于機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)傳輸，但很少用于機(jī)器-機(jī)器之間的傳輸。這就是I2S（其實(shí)應(yīng)該是讀作“I平方S”而不是“I二S”，全稱Integrated Interchip Sound）。這是飛利浦公司創(chuàng)立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，從音頻角度來(lái)看，其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)鐘信號(hào)有獨(dú)立的傳輸線，也就是數(shù)據(jù)和時(shí)鐘分離。這和SPDIF傳輸那種數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)一體化的傳輸，是兩種方式和思路。

I2S相對(duì)于光纖和同軸的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，更加直接。我們知道光纖和同軸的傳輸，有一個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：SPDIF是一種把數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)按一定規(guī)則合為一體后傳輸?shù)姆绞剑瑐鬏數(shù)氖呛铣尚盘?hào)，在接收端，有一個(gè)“時(shí)鐘恢復(fù)”的步驟，即從SPDIF合成信號(hào)中恢復(fù)出時(shí)鐘，進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的分離。而I2S本身就是傳輸分離的信號(hào)，因此發(fā)送端和接收端都少了一個(gè)環(huán)節(jié)。

I2S用于機(jī)器和機(jī)器之間的數(shù)字信號(hào)傳輸，有幾個(gè)不同的做法，比如意大利北極星、韓國(guó)Stello的產(chǎn)品，使用RJ45的接口，即電話線、網(wǎng)線的那種接口。這種做法傳輸距離很短，易受干擾，一般都隨機(jī)附送了很短的接線，且沒有什么“發(fā)燒線”可升級(jí)。美國(guó)PS Audio、Wyred 4 Sound（經(jīng)常簡(jiǎn)稱為W4S）等廠家則采用了HDMI接口來(lái)傳輸I2S信號(hào)，稱為I2S Over HDMI。其接口就是標(biāo)準(zhǔn)的HDMI口，使用的接線就是HDMI線，但傳輸?shù)牟皇怯耙魯?shù)字信號(hào)，而是I2S數(shù)字音頻信號(hào)。下圖為美國(guó)Wyred 4 Sound的解碼器DAC2，可以看到這種I2S Over HDMI口。HDMI一共有19根數(shù)據(jù)線，在傳輸I2S信號(hào)時(shí)，采用了低壓差分信號(hào)的傳輸方式，同時(shí)相鄰的信號(hào)間以地線隔離，一共使用了12根數(shù)據(jù)線來(lái)完成傳輸，是一種比RJ45網(wǎng)線口更為優(yōu)越的方式。

羅馬尼亞Audiobyte的產(chǎn)品也采用了這種做法（其設(shè)計(jì)師原先為PS Audio設(shè)計(jì)解碼），在其Hydra Z數(shù)字界面背后，可以看到I2S Over HDMI口，我試聽對(duì)比過用它接駁到Wyred 4 Sound的解碼，對(duì)比同軸和AES/EBU，結(jié)果十分明朗——I2S確實(shí)是聲音素質(zhì)最優(yōu)的，有著明顯更透明的音色、更豐富的聲場(chǎng)信息、更為凝聚的結(jié)像。對(duì)比之下，即便用了很高級(jí)的同軸線，同軸傳輸還是要素質(zhì)明顯弱一些，表現(xiàn)為透明度略差、結(jié)像力稍弱、聲場(chǎng)小一圈。專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)AES/EBU也不敵I2S的透明度和結(jié)像力。在大家都用很好線材的情況下，I2S至少在透明度、結(jié)像力等方面，是明顯的贏家。同軸若說(shuō)有什么好處，主要還是更容易做到很好的厚度（特別是使用厚聲線材的話）。個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)也是，同軸是最適合通過線材來(lái)調(diào)整聲音的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以調(diào)整的余地最大，同軸線也有相對(duì)最多的牌號(hào)選擇，但純論聲音的硬素質(zhì)，I2S具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

不清楚未來(lái)這種I2S Over HDMI接口是否會(huì)有進(jìn)一步的發(fā)展，被更多廠家所采納，但我覺得對(duì)此感興趣的發(fā)燒友，可以試著搞搞有這種接口的USB界面、解碼器，嘗試下I2S Over HDMI的優(yōu)點(diǎn)。下圖為Audiobyte Hydra Z數(shù)字界面，也有這種接口（位于AES和光纖口之間）。

最后，順便也介紹一下美國(guó)W4S的這款DAC2解碼器。我聽的是其最高檔版本DAC2 DSD-SE特別版，2550美金，具備I2S接口，輸出電平可以設(shè)置為固定或可變，內(nèi)部為飛秒時(shí)鐘模塊、9018解碼芯片。我覺得這款產(chǎn)品的性價(jià)比還是很高的，價(jià)格不到人民幣2萬(wàn)，但是各方面素質(zhì)都完全達(dá)到了2萬(wàn)元解碼器的期望和水準(zhǔn)，其聲音走向中性、細(xì)膩、透明，但也毫不干冷，有著流暢順滑的音樂表達(dá)?？傊@是一款值得關(guān)注的純解碼器。

當(dāng)然，其USB接口的素質(zhì)雖然已經(jīng)很不錯(cuò)，但對(duì)比Hydra Z界面，還是明顯Hydra更強(qiáng)！電腦 - Hydra Z - I2S傳輸 - W4S DAC2，這樣一套出來(lái)的聲音非常優(yōu)秀。包括Vega直接USB到電腦，和加載Hydra界面（同軸連接），差別也很明顯——加載Hydra的聲音明顯更為飽滿、結(jié)實(shí)和好聽。

I2S接口介紹

一、I2S協(xié)議介紹

I2S協(xié)議作為音頻數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，由Philips制定。該協(xié)議由三條數(shù)據(jù)線組成：

1、SCLK：串行時(shí)鐘，頻率= 2 * 采樣頻率 * 采樣位數(shù)。

2、WS：字段（聲道）選擇，用來(lái)切換左右聲道數(shù)據(jù)。WS = 采樣頻率（fs）。

a、1（左聲道）

b、0（右聲道）

3、SD：串行數(shù)據(jù)（二進(jìn)制補(bǔ)碼）（MSB---》LSB：數(shù)據(jù)由最高位到最低位依次傳輸）

圖 聲波/語(yǔ)音信號(hào)

二、AEC

AEC（Acoustic echo cancellor）回音消除，需要特定算法達(dá)到消除回音（回音消除利用信號(hào)處理方法）。Speaker輸出聲音傳入Mic作為回音產(chǎn)生的一種途徑。

三、I2S采樣和處理過程

模擬信號(hào)---》采樣---》量化---》編碼---》數(shù)字信號(hào)

四、奈奎斯特采樣定理

當(dāng)采樣頻率fs大于或等于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍，才能不失真地恢復(fù)模擬信號(hào)。