I2s hdmi что это

Обновлено: 07.07.2024

Растущая коллекция общепринятых электротехнических аббревиатур временами может быть немного ошеломляющей; и я не удивлюсь, если вы несколько раз видели термин «I2S» и просто предполагали, что это была просто опечатка в аббревиатуре «I2C».

Между этими двумя протоколами действительно существует определенная связь. Оба были первоначально разработаны компанией Philips Semiconductors (теперь NXP), и названия обоих начинаются с «I2», потому что они предназначены для связи между микросхемами (англ. аббревиатура «IC»). Однако I2S появился после I2C, и, если I2C является универсальным интерфейсом, I2S предназначен для передачи аудиоданных – «S» в названии означает «sound» (звук).

I2S был создан в 1980-х годах, когда цифра начала свое завоевание рынка потребительских аудиосистем. Заявленная цель создания I2S – облегчение разработки аудиоэлектроники при помощи стандартизированного интерфейса для передачи цифровых данных между АЦП, ЦАП, цифровыми фильтрами, цифровыми сигнальными процессорами и другими типами интегральных микросхем, используемых в аудиосистемах. По сути, это двухканальный протокол, потому что он был разработан для стереофонического звука.

Характеристики I2S

Следующая диаграмма изображает три конфигурации, поддерживаемые I2S.

Рисунок 1 – Конфигурации, поддерживаемые интерфейсо I2S. Схема взята из спецификации I2S, впервые опубликованной Philips Semiconductors в 1986 году и обновленной в 1996 году.

Данные передаются по линии SD, состояние линии WS соответствует аудиоканалу (правый или левый), который передается в данный момент, а линия синхронизации SCK передает тактовый сигнал. Как видно из диаграммы, сигналы WS и SCK могут генерироваться передатчиком, приемником или сторонним контроллером.

Ниже перечислены характерные особенности трех сигналов интерфейса I2S.

Последовательные данные (SD)

При передаче цифровых значений в первую очередь передается старший бит слова (MSb).
У передатчика и приемника длина слова не должна быть согласована; передатчик отправляет то, что у него есть, а приемник берет то, что может использовать.
Выдача новых битов данных на передатчике может синхронизироваться либо по фронту, либо спаду тактового сигнала. Однако выборка их приемником должна быть синхронизирована по фронту, поэтому более простым подходом здесь является вариант, показанный на диаграмме ниже, то есть мы передаем данные по спаду тактового сигнала, и а их выборку приемником синхронизируем по фронту тактового сигнала.
Протокол не описывает неиспользуемые периоды времени между словами; за младшим битом (LSb) одного слова сразу же следует старший бит (MSb) следующего слова.

Выбор слова (WS)

Низкий логический уровень на WS указывает, что передаваемое в настоящее время слово является частью потока данных для левого аудиоканала; высокий логический уровень на WS указывает на передачу звука правого канала.
Чтобы облегчить обработку данных как на стороне передатчика, так и на стороне приемника, сигнал WS изменяет свое логическое состояние на один период тактового сигнала раньше завершения передачи слова данных:

Тактовый сигнал (SCK)

Протокол не определяет максимальную скорость передачи данных.
Тактовый сигнал передается непрерывно.

I2C против I2S

Если вы знакомы с протоколом I2C, то, возможно, уже поняли, что I2C и I2S намного менее похожи, чем можно предположить по их названиям.

I2C не придает особого значения высокой скорости передачи данных, но включает в себя функции установления связи, которые позволяют ему эффективно и надежно работать в (потенциально больших) сетях, состоящих из различных типов микросхем. Как показано на следующей диаграмме, в этом типе связи многое может пойти не так, а сложность протокола I2C отражает сложность задач, для которых он предназначен.

Рисунок 3 – Что может пойти не так при связи по I2C

I2S, напротив, предназначен для эффективной передачи определенного типа цифровых данных. Скорость передачи более важна, поскольку последовательная передача в реальном времени двухканального звука с высоким разрешением требует гораздо большей пропускной способности, чем задачи связи, которые часто выполняются с помощью I2C (или UART).

Характер передачи по I2S «точка-точка» устраняет необходимость в подтягивающих резисторах, как I2C, а использование третьего сигнала для синхронизации на уровне слов позволяет нам обойтись без усложнений протокола, которые помогают I2C поддерживать организацию передачи данных по двухпроводной шине.

I2S больше похож на SPI, чем на I2C. Фактически, реализация SPI, предназначенная для однонаправленной передачи данных, использует, по сути, ту же конфигурацию: одна линия для тактового сигнала, одна линия для данных, и третья линия для синхронизации на уровне слов.

Заключение

I2S – эффективный, простой протокол последовательной связи, который отлично подходит для оцифрованного звука. Тем не менее, нет закона о том, что он ограничен только аудиоданными. Несколько лет назад я использовал его для создания прототипа программно определяемой радиосистемы (SDR); I2S предлагал скорость передачи, достаточную для сигналов основной полосы частот, и был удобно встроен в платформу разработки DSP, с которой я работал.

В прошлом месяце мы отметили 40-летие компакт-диска , и это был также некролог, как праздник, потому что эти поликарбонатные диски быстро стали редкостью. Есть еще одна технология из эпохи компакт-дисков, которая до сих пор остается у нас, и она соответствует стандарту для передачи последовательного цифрового звука между чипами. Протокол называется I2S и поставляется как аппаратное периферийное устройство на многих микроконтроллерах. Это удивительно простой интерфейс, с которым довольно легко работать, и, следовательно, его можно взломать, поэтому его стоит немного изучить.

ЦАП I2S DSD256-PCM

Немного истории I2S

Этот стандарт был введен в 1986 году компанией Philips Semiconductor (в настоящее время NXP Semiconductors ) и в последний раз пересматривался 5 июня 1996 года

Протокол I²S описывает один конкретный тип цифровой аудиосвязи PCM с определенными параметрами, указанными в спецификации Philips.

Состоит он как минимум из трех линий:

И2С также может включать следующие строки:

Основные часы (обычно 256 x LRCLK)
Это не является частью стандарта I2S но обычно используется для синхронизации внутренней работы аналого-цифровых преобразователей.
Мультиплексированная строка данных для загрузки

Битовая тактовая частота пульсирует один раз для каждого дискретного бита данных в строках данных. Тактовая частота битов является воспроизведением частоты дискретизации , количества бит на канал и количества каналов. Так, например, CD Audio с частотой дискретизации 44,1 кГц, с точностью 16 бит и двумя каналами (стерео) имеет тактовую частоту:

44,1 кГц × 16 × 2 = 1,4112 МГц

Часы выбора слова позволяют устройству узнать, отправляется ли в данный момент канал 0 или канал 1, поскольку I²S позволяет отправлять два канала по одной и той же линии данных. Это сигнал с коэффициентом заполнения 50%, частота которого совпадает с частотой дискретизации. Для стерео материала спецификация I²S гласит, что левый звук передается в низком цикле тактового сигнала выбора слова, а правый канал передается в верхнем цикле. Обычно он синхронизируется с задним фронтом последовательных часов, так как данные фиксируются на переднем фронте.

I2S ЦАП

Данные подписываются , сначала кодируются как два дополнения с MSB ( старший значащий бит ). Это позволяет произвольному числу битов в кадре без согласования между передатчиком и приемником.

В качестве аудио-соединения I2S

В звуковом оборудовании I²S иногда используется как внешнее соединение между проигрывателем компакт-дисков и отдельным блоком ЦАП, в отличие от чисто внутреннего соединения внутри одного блока проигрывателя. Это может сформировать альтернативу обычно используемым стандартам AES / EBU или Toslink или S / PDIF.

Соединение I²S не предназначалось для использования через кабели, и большинство интегральных микросхем не будет иметь правильного сопротивления для коаксиальных кабелей. Поскольку ошибка адаптации импеданса, связанная с разной длиной линии, может привести к разнице в задержке распространения между тактовой линией и строкой данных, это может привести к проблеме синхронизации между SCK, WS и сигналами данных, в основном на высокой частоте дискретизации и битрейте. Поскольку I²S не имеет никакого механизма обнаружения ошибок, это может вызвать важную ошибку декодирования.

ЦАП 4398+2706

ЭТО ДОСТАТОЧНО ПРОСТОЙ ИНТЕРФЕЙС

Не путайте его с другим протоколом Philips Semiconductor: I2C. Протокол Inter-Integrated Circuit имеет инициалы IIC, и двойная буква была сокращена, чтобы придумать номенклатуру «в квадрате», которую мы полюбили с I2C. Возрожденный в 1982 году, этот предшествующий I2S на четыре года, что объясняет несколько странную аббревиатуру «Inter-Integrated Circuit Sound».

i2s_dac

Протокол застрял, потому что он очень не удобен для работы с последовательных данных, связанных с высококачественным цифровым звуком. Это так не удобно, что вы, вероятно, слышали о том, что он используется для других целей, кроме аудио. Но сначала, что на самом деле делает 2S?

Цифровой источник звука обычно создает два слова данных, одно для левого канала и одно для правого, один раз для каждого интервала выборки. Например, источник аудио CD с частотой дискретизации 44,1 кГц, который будет передавать два 16-битных слова 44 100 раз каждую секунду. На одной последовательной линии это колоссальные 1 411 200 бит в секунду (44100 x 16 x 2).

Как справляется эта плохая последовательная линия передачи данных? Ну, одна строка последовательных данных не может легко передать границы слов для левой и правой. Также трудно (или невозможно) надежно извлечь часы из него без джиттера. Поэтому для передачи аудио нам действительно нужны другие способы доставки этих фрагментов информации.

I2S решает обе эти проблемы с помощью дополнительных строк, предоставляя строку выбора слова (также иногда называемую тактовыми импульсами L / R) для выбора левого или правого отсчетов, а также битовую линию тактового сигнала для синхронизации всего. Вот и все, что есть в I 2 S: строка данных, строка синхронизации слов и строка синхронизации битов.

Спецификация была формализована Philips в документе 1986 года, благодаря которому подразделение полупроводников компании стало NXP, но, к сожалению, исчезло с веб-сайта NXP. К счастью, у Wayback Machine она есть , поэтому она все еще доступна. Читая документ, становится очевидным, что даже в 1980-х годах это был не сложный интерфейс для работы, и он даже дает базовые диаграммы для передатчика и приемника. Не исключено, что при наличии некоторых микросхем TTL и цепочки резисторов будет возможно создать ЦАП I2S из первых принципов на вашем стенде, хотя это и не очень высокопроизводительный пример.

Итак, у вас есть I2S

Все, что вам нужно знать о межкомпонентных аудиоразъемах, в четырех удобных параграфах.

Ответ заключается в модуляции плотности импульсов , форме аналого-цифрового преобразования, в которой число логических 1 битов в данный период времени зависит от уровня аналогового сигнала. Это необработанный вывод АЦП с дельта-сигмой , и он имеет удобное свойство, заключающееся в том, что при наличии только потока данных PDM этап цифроаналогового преобразования может быть выполнен только с помощью простого фильтра нижних частот. Если вы увеличите битрейт на интерфейсе I 2 S до максимума, а затем передадите ему слова, которые образуют поток данных PDM, вы можете добавить фильтр нижних частот, чтобы создать АЦП с максимальной пропускной способностью, равной половине его бита. темп.

ESP32 I2S намного сложнее, чем базовый стандарт.

Raspberry Pi 4 + клон дартЗил

Возможно, эта номенклатура имеет корни в ESP8266, имеющем периферийное устройство I 2 S на чипе, и общее периферийное устройство в более позднем устройстве.

Raspberry Pi 4 + клон Зил

Поскольку большинство интерфейсов I 2 S могут работать с тактовой частотой в несколько мегагерц, их пропускная способность может быть на удивление высокой. Это то же самое, что и принцип, заложенный в любой программно-определяемый радиопередатчик: одним махом и с очень небольшим количеством дополнительного оборудования вы перенесли задачу создания произвольных спектров в диапазоне МГц с аппаратного на программное обеспечение.

Даже самые современные микроконтроллеры обладают достаточной вычислительной мощностью для выполнения этой задачи, что делает относительно простыми некоторые приложения для I 2 S, которые были бы за гранью воображения тех инженеров Philips 1980-х годов. Однако, I2S к которой можно было только подключить аудио ЦАП, не останавливает аудиофилов от подключения, и этот интерфейс становится намного полезнее, а возможности безграничны.

Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт.

Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D) Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске своего звука!

На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.

Вам нужен хороший фонокорректор, новый ламповый усилитель или отличный ЦАП, плеер, наушники, АС или другую звуковую технику, (усилитель, ресивер и т.д.) то пишите в ВК, помогу выгодно и с гарантией приобрести хорошую звуковую технику…

PerfectWave I2S это цифровые интерконнекты high-end класса, созданные на базе интерфейса HDMI, и предназначенные для обеспечения идеальной совместной работы двух продуктов серии PerfectWave, таких как ЦАП PerfectWave DAC (PWD) и дисковый транспорт PerfectWave Transport (PWT). Благодаря высочайшему качеству, этот HDMI кабель одинаково хорош и для передачи видео высокого разрешения, гарантируя предельно чистое, ясное и, по существу, трехмерное изображение. К выпуску подготовлены две модели кабеля: с проводниками из чистого серебра - I2S12 и с серебряным покрытием медных (PCOCC) проводников - I2S10. Оба полностью удовлетворяют требованиям стандарта HDMI 1.3C Category 2.

Новые кабели были специально разработаны для решения критических проблем синхронизации импульсов и сохранения их формы, возникающих при передаче в формате I2S высокоскоростных цифровых данных между PWT и PWD. В этом формате разделение трех тактовых сигналов и цифровых аудио сигналов по отдельным экранированным проводникам позволяет кардинально снизить уровень помех и почти полностью устранить джиттер.

Кабель HDMI по своей конструкции имеет подходящее число проводников, предназначенных для передачи как видео, так и цифрового аудио, и по этой причине был выбран именно он для уникального интерфейса I2S между продуктами PerfectWave products. Кабели PS Audio I2S HDMI поддерживают целостность волновых форм сигналов на расстоянии до 2 м при передаче I2S и более 15 м (50 feet) при передаче видео (но пока выпускаются только длиной до 2 meters). Они поддерживают тактовые частоты до 340 МГц, или скорости до 10Гбайт/с.

Для проводников использовано либо сверхчистая однокристальная медь PCOCC (Single Crystal High Purity copper) c 6% серебряным покрытием, либо чистое серебро. В качестве диэлектрика с малым поглощением выбран трехслойный полиэтилен, инжектированный азотом (nitrogen injected skin-foam-skin), позволяющие поддерживать постоянство волнового сопротивления 75 Ом даже при изгибе кабеля.

Тройное экранирование в PerfectWave I2S HDMI обеспечивает надежную защиту от высокочастотных помех.

PerfectWave I2S это цифровые интерконнекты High E nd класса, созданные на базе интерфейса HDMI, и предназначенные для обеспечения идеальной совместной работы двух продуктов серии PerfectWave, таких как ЦАП PerfectWave DAC (PWD) и дисковый транспорт PerfectWave Transport (PWT).

Благодаря высочайшему качеству, этот HDMI кабель одинаково хорош и для передачи видео высокого разрешения, гарантируя чистое, ясное и, по существу, трехмерное изображение. К выпуску подготовлены две модели кабеля: с проводниками из чистого серебра - I2S12 и с серебряным покрытием медных (PCOCC) проводников - I2S10. Оба полностью удовлетворяют требованиям стандарта HDMI 1.3C Category 2.

Новые кабели были специально разработаны для решения критических проблем синхронизации импульсов и сохранения их формы, возникающих при передаче высокоскоростных цифровых данных в формате I2S между PWT и PWD. В этом формате разделение трех тактовых сигналов и цифровых аудио сигналов по отдельным экранированным проводникам позволяет кардинально снизить уровень помех и почти полностью устранить джиттер.

Кабель HDMI по своей конструкции имеет подходящее число проводников, предназначенных для передачи как видео, так и цифрового аудио, и по этой причине именно он был выбран для уникального интерфейса I2S между продуктами PerfectWave products. Кабели PS Audio I2S HDMI поддерживают целостность волновых форм сигналов на расстоянии до 2 м при передаче I2S и более 15 м при передаче видео (но пока выпускаются только длиной до 2 м). Они поддерживают тактовые частоты до 340 МГц, или скорости до 10Гбит/с.

Для проводников использованы либо сверхчистая однокристальная медь PCOCC (Single Crystal High Purity copper) c 6% серебряным покрытием, либо чистое серебро. В качестве диэлектрика с малым поглощением выбран трехслойный полиэтилен, инжектированный азотом (nitrogen injected skin-foam-skin), позволяющие поддерживать постоянство волнового сопротивления 75 Ом даже при изгибе кабеля. Тройное экранирование в PerfectWave I2S HDMI обеспечивает надежную защиту от высокочастотных помех.

Чего сложного с I2S скажете вы? Подключаешься проводками к нужным пинам и все работает.

Я тоже так думал, но с миникомпьютером Omega2 оказалось не все так просто. Поэтому я решил написать эту статью.

Начнем с того, чего я добился в итоге. Я подключил микросхему TDA1543 (стерео I2S ЦАП с разрешением по амплитуде 16 бит) к микрокомпьютеру Omega 2. Звук хороший, я с удовольствием слушаю интернет радиостанции (тут должна быть шутка про аудифилию и теплый ламповый звук). Однако я так и не разобрался в причине перегруза аудио, а лишь научился его обходить костыльным методом. И я очень хотел бы услышать ваши идеи по этому вопросу.

Возможно кто-то не вкурсе что такое Omega2. Это миникомпьютер на котором стоит Linux основанный на LEDE, который по сути является ответвлением от OpenWRT. Процессор MT7688, 64 МБ RAM и 16 МБ Flash. В общем, подробней можно почитать на википедии, тут и тут.

Так же важно отметить, все действия выполняются на оригинальной прошивке версии 0.2.0

А теперь, давайте поговорим немного о ~~боли~~ том как я к этому пришел.
Для начала все прозрачно, соединяем все линии I2S ТДА'шки и Омеги. Это соотвественно линия тактового сигнала CLK, линия синхронизации каналов WS, линия данных DATA и земля GND. Плюс добавляем парочку резисторов и конденсаторов, но главное — это подстроечный резистор на 7 ножку TDA1543. На эту ножку надо подавать смещение нуля, на этом я вначале засыпался. Дело в том, что микросхема TDA1543, уникальная для своего времени, работает от однополярного питания. Ну а звуковой сигнал это колебания относительно 0 вниз и вверх, поэтому надо сместить этот ноль в середину диапазона питающего напряжения и получить колебания относительно этой точки. В даташите все расписано, но первоначально я собирал схему с обычным резистором (из этих ваших интернетов) и получил искажения, которые долго не понимал. Ставите переменный резистор и добиваетесь смещения нуля при отсутствии сигнала на входе (режим покоя) 1,3-1,5 В (при питании 3.3 В). Получается следующая схема.

Далее следуя действиям из официального сайта onion обновляемся до develop версии прошивки, в которую добавили поддержку I2S (хотел написать не прошло и года, но нет… прошел). Обновляемся и ставим нужные пакеты для работы звука:

Переключаем GPIO в режим I2S командой:

Копируем тестовый wav файл, я по классике использовал Suzanne Vega — Tom's Diner. И пробуем воспроизвести с помощью aplay:

И слышим искажения. Просто очень много жесткого перегруза. Настолько много, что может показаться что вы вернулись в 2007. Но в нем прослеживается ударный мотив песни, значит что-то там работает, верно?

Я попробовал убавить громкость в alsa mixer — без толку, ибо драйвер заточен под микросхему MAX98090, которая управляется по I2C и соотвественно все настройки просто шлются в I2C, а сами данные I2S не изменяются.

Хорошо, открываем даташит на MAX98090. И начинаем раскуривать. Микросхема поддерживает очень много форматов входных данных: I2S/LJ/RJ/TDM и большую битность он может переваривать. Да и сам процессор MT7688 тоже может больше и быстрее чем ТДАшка. Может проблемы с данными в I2S?

Я пошел постепенно ковыряться осциллографом.

Битность 16 бит? Да. Я повесил на один канал линию WS на другой канал линию CLK. И убедился в длине импульсов WS — 16 тактов.

Неправильные частоты работы? Нет. Частоты все соотвествуют рабочим. WS — 44100 Гц, CLK — 1411200 Гц.

Формат типа чисел в данных? Используется верный знаковый формат (да, я подумал что нужен unsigned). Проверял созданием искусственных синусов и передвижением их вверх и вниз относительно 0 в audacity и изменял амплитуду. Качественных изменений нет.
Там вообще I2S? скорее всего да. Во-первых потому, что потом у меня все заработало (ну или мне так кажется), а во-вторых я пытался проверять осциллографом, хотя без логического анализатора это конечно сложно. Возможно стоит провести более точный тест и привлечь сюда свой Beaglebone.

Вроде все верно, и у ребят с форума onion все работает, но правда на других микросхемах: MAX98357A и PCM5102. В общем, я бросаю затею воспроизводить wav'ки и завожу mpg123 для воспроизведения мп3шек. Врубаю с флагом -C и начинаю уменьшать громкость. И вот тут я присел. При выставлении в программе mpg123 уровня громкости около 1 процента я получаю отличный звук. Микросхема раскачивается на полную амплитуду. Запускаю радио с флагом -f 128:

И меня встречают звуки расслабляющего американского блюза. Кстати, ссылка на радио может быть не рабочая, брал отсюда.

Я завожу пилообразный сигнал и плавно увеличиваю амплитуду. В итоге увидел, что искажения — это хаотичные перескоки от 0 до напряжения питания и чем выше уровень — тем больше этих перескоков. На то, чтобы заставить говорить Омегу у меня ушло несколько недель. Я очень устал и потому, на этом моменте решил остановиться — работает же!

Однако, я понимаю, что так нельзя поэтому я буду рад услышать ваши идеи и предложения. Ну а для тех кто муками пытается заставить омегу говорить, надеюсь я вам помог!

Читайте также: