CN110837487A - 一种基于i2s总线采集播放多通道音频的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，包括：一音频接口芯片；一CPU，所述CPU与所述音频接口芯片通过I2S总线连接；复数个音频编解码芯片，每个所述音频编解码芯片均与所述音频接口芯片连接。本发明还提供一种基于I2S总线采集播放多通道音频的方法，实现对多通道音频数据的合成与分解，且重新对传输的音频数据进行封装，使仅有I2S总线的芯片支持多通道音频数据的传输。

Description

一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统和方法
技术领域
本发明涉及音频传输领域，特别指一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统和方法。
背景技术
总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道。在通信设备中，常常需要同时对多路音频进行采集、播放。
在这种应用场景中，经常采用PCM总线进行分时传输多路数据。PCM有long framsync和short frame sync等模式，但并不专门区分左右声道，因此可以分时传输多路数据；然而在I2S总线中，有一个专门用来区分左右声道的电平，以此来同步，低电平代表左声道，高电平代表右声道，因此只能传输两路音频数据，在此类多通道，音质要求不高的应用场景中无法使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种采集播放多通道音频的系统，实现对多通道音频数据的合成与分解，且重新对传输的音频数据进行封装，使仅有I2S总线的芯片支持多通道音频数据的传输。
本发明要解决的技术问题之一是这样实现的：一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，包括：
一音频接口芯片；
一CPU，所述CPU与所述音频接口芯片通过I2S总线连接；
复数个音频编解码芯片，每个所述音频编解码芯片均与所述音频接口芯片连接。
进一步的，所述音频接口芯片为DSP芯片或FPGA芯片。
进一步的，所述音频编解码芯片与所述音频接口芯片通过I2S总线或PCM总线连接。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种采集多通道音频的方法，实现对多通道音频数据的合成与分解，且重新对传输的音频数据进行封装，使仅有I2S总线的芯片支持多通道音频数据的采集。
本发明要解决的技术问题之二是这样实现的：一种基于I2S总线采集多通道音频的方法，需提供上述的系统，所述方法包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；
所述复数个音频编解码芯片分别采集对应的音频信号，然后分别转换成PCM数据，发送给音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的通道标识合成第一复合音频数据，然后通过I2S总线发送给所述CPU；
所述CPU获取所述第一复合音频数据，根据所述通道标识将所述第一复合音频数据分离为复数个PCM数据。
进一步的，所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的述通道标识合成第一复合音频数据，具体包括：
所述音频接口芯片获取所述PCM数据，在所述PCM数据后添加对应的通道标识；
将复数个所述PCM数据与所述PCM数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第一复合音频数据。
进一步的，所述方法还包括：
对分离的所述复数个PCM数据，进行自动增益补偿、回声消除和/或噪声消除。
本发明要解决的技术问题之三，在于提供一种播放多通道音频的方法，实现对多通道音频数据的合成与分解，且重新对传输的音频数据进行封装，使仅有I2S总线的芯片支持多通道音频数据的播放。
本发明要解决的技术问题之三是这样实现的：一种基于I2S总线播放多通道音频的方法，需提供上述的系统，包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；
所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据，然后通过I2S总线发送至所述音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述第二复合音频数据分离为复数个原始音频数据，然后发送至所述音频编解码芯片。
进一步的，所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据，具体包括：
所述音频接口芯片获取复数个上层应用的原始音频数据，在所述原始音频数据后添加对应的通道标识；
将复数个所述原始音频数据与所述原始音频数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第二复合音频数据。
进一步的，所述方法还包括：
对合成的所述第二复合音频数据，进行自动增益补偿、回声消除和/或噪声消除。
本发明具有如下优点：
通过引入音频接口芯片，实现对多通道音频数据的合成与分解，利用I2S总线协议，重新对传输的音频数据进行封装，实现在原有I2S总线系统上，支持多通道音频数据的传输。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本说明书实施例一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统结构示意图；
图2为本说明书实施例一种基于I2S总线采集多通道音频的方法流程示意图；
图3为本说明书实施例一种基于I2S总线播放多通道音频的方法流程示意图；
图4为本说明书实施例一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统的工作流程示意图；
图5为本说明书实施例一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统的音频处理模块执行流程示意图。
具体实施方式
请参考图1，本说明书实施例一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，包括：
一音频接口芯片；
一CPU，所述CPU与所述音频接口芯片通过I2S总线连接；所述音频接口芯片为DSP芯片或FPGA芯片；
复数个音频编解码芯片，每个所述音频编解码芯片均与所述音频接口芯片通过I2S总线或PCM总线连接。
I2S(Inter—IC Sound)总线,又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。在I2S总线系统中，有一个专门用来区分左右声道的电平，以此来同步，低电平代表左声道，高电平代表右声道。
本说明书实施例在原有I2S总线系统基础上，引入一音频接口芯片，实现对多通道音频数据的合成与分解，且重新对传输的音频数据进行封装，使仅有I2S总线的芯片支持多通道音频数据的传输。
请参考图2，本说明书实施例还提供一种基于I2S总线采集多通道音频的方法，需提供上述的系统，所述方法包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍(比如采样率为8kHz，提高至采样率的2倍则为16kHz，提高至采样率的4倍则为32kHz)，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据(假设有n个用于采集的音频信号的音频编解码芯片，则数值x的设定应满足2x≥n)；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；因为除了音频数据本身还需要传输通道标识，所以需要根据实际需求将传输字长提高至一设定值(比如从16bit提到高24bit或32bit)；
所述复数个音频编解码芯片分别采集对应的音频信号，然后分别转换成PCM数据，发送给音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的通道标识合成第一复合音频数据，然后通过I2S总线发送给所述CPU；
所述CPU获取所述第一复合音频数据，根据所述通道标识将所述第一复合音频数据分离为复数个PCM数据(CPU在接收到I2S的数据后，可以先判断通道标识，然后再把PCM数据提取出来)。
在一种可能的实现方式中，所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的通道标识合成第一复合音频数据具体包括：
所述音频接口芯片获取所述PCM数据，在所述PCM数据后添加对应的通道标识，得到音频通道数据；
每个音频通道数据格式如下
Bit1～bit16 Bit17-bit24
PCM数据 通道ID
其中，PCM数据位和通道ID位只是举例，并不是固定的，可以根据实际使用情况进行分配；
将复数个所述PCM数据与所述PCM数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第一复合音频数据(即将复数个音频通道数据依次合成第一复合音频数据)。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
对分离的所述复数个PCM数据，进行自动增益补偿(AGC)、回声消除(AEC)和/或噪声消除(ANS)，使音频数据具有更好的采集质量。
请参考图3，本说明书实施例还提供一种基于I2S总线播放多通道音频的方法，需提供上述的系统，包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍(比如采样率为8kHz，提高至采样率的2倍则为16kHz，提高至采样率的4倍则为32kHz)，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据(假设有n个用于采集的音频信号的音频编解码芯片，则数值x的设定应满足2x≥n)；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；因为除了音频数据本身还需要传输通道标识，所以需要根据实际需求将传输字长提高至一设定值(比如从16bit提到高24bit或32bit)；
所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据，然后通过I2S总线发送至所述音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述第二复合音频数据分离为复数个原始音频数据，然后发送至所述音频编解码芯片(音频接口芯片在接收到I2S总线的数据后，可以先判断通道标识，然后再把原始音频数据提取出来)。
在一种可能的实现方式中，所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据具体包括：
所述音频接口芯片获取复数个上层应用的原始音频数据，在所述原始音频数据后添加对应的通道标识，得到音频通道数据；
每个音频通道数据格式如下
Bit1～bit16 Bit17-bit24
原始音频数据 通道ID
其中，原始音频数据位和通道ID位只是举例，并不是固定的，可以根据实际使用情况进行分配；
将复数个所述原始音频数据与所述原始音频数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第二复合音频数据(即将复数个音频通道数据依次合成第二复合音频数据)。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
对合成的所述第二复合音频数据，进行自动增益补偿(AGC)、回声消除(AEC)和/或噪声消除(ANS)，使音频数据具有更好的播放效果。
请参考图4至图5，本说明书实施例在CPU内运行一音频处理模块，以实现上述方法：
1.音频编解码芯片：用于音频数据的编码和译码，音频接口芯片通过I2S或PCM总线与音频编解码芯片连接；
2、音频接口芯片：用于对多通道的数据进行合成与分发，与CPU通过I2S总线连接；
3.音频处理模块：用于音频数据的处理，包括数据的合成、分发、混音、增益调节回声消除等功能。
本说明书实施例采用的CPU型号可以为多种型号的处理器，比如采用型号为RK3288的CPU；采用的音频接口芯片型号为TI5535；采用的音频编解码芯片型号为RT5640。
数据采集过程如下：
1、音频编解码芯片将音频信号采样编码转换成PCM数据，通过I2S总线传输给音频接口芯片；
2、音频接口芯片将多通道数据合成，然后通过I2S总线发送给主CPU；
3、主CPU接收到I2S数据后传给音频处理模块处理；
4、音频处理模块从收到的数据中分离出各个音频通道的原始数据，经过处理后传递给上层应用。
数据播放过程如下：
1、主CPU上的上层应用，将各个通道的数据发送给音频处理模块；
2、音频处理模块对各个通道数据进行处理，然后将各个通道数据合成，发送给I2S总线；
3、音频接口芯片接收到I2S上传来的数据后，从中分离出各个音频通道的原始数据，最后发送给各个音频编解码芯片播放。
多通道音频数据的合成方法：
以音频数据为16bit采样字长,8kHz采样频率为例：
当音频数据的采样率为8kHz，I2S时钟也为8kHz时，可同时传输左右两个通道数据，将I2S的时钟提高到16kHz后(8kHz的2倍)，可以在同样的时间内传输4个通道数据；提高到32kHz后(8kHz的4倍)，则可以在同样的时间内传输8个通道数据。每个通道需要有额外的数据用来标识通道ID，因此，I2S的传输字长要多于16bit，可以设置成24bit或32bit。
I2S时钟8kHz
左声道 右声道
通道1数据 通道2数据
I2S时钟16kHz
左声道 右声道 左声道 右声道
通道1数据 通道2数据 通道3数据 通道4数据
I2S时钟32kHz
左声道 右声道 左声道 右声道 左声道 右声道 左声道 右声道
通道1 通道2 通道3 通道4 通道5 通道6 通道7 通道8
每个通道数据格式如下
Bit1～bit16 Bit17-bit24
Pcm数据 通道ID
其中，每个通道先发送pcm数据，然后在剩余的时间里把各自的通道ID发送出去。这里的pcm数据位和通道ID位并不是固定的，看实际使用情况进行分配。
复合音频数据的分解方法：
由于复合音频数据不能直接使用，接收方(采集音频时，接收方为CPU上的音频处理模块，播放音频时，接收方为音频接口芯片)在收到I2S的复合音频数据后，先判断通道标识，然后再把pcm数据或原始音频数据提取出来，发送到上层应用或音频编解码芯片。
本说明书实施例通过引入音频接口芯片，实现对多通道音频数据的合成与分解，利用I2S总线协议，重新对传输的音频数据进行封装，实现在原有I2S总线系统上，支持多通道音频数据的传输。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，其特征在于，包括：
一音频接口芯片；
一CPU，所述CPU与所述音频接口芯片通过I2S总线连接；
复数个音频编解码芯片，每个所述音频编解码芯片均与所述音频接口芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，其特征在于：所述音频接口芯片为DSP芯片或FPGA芯片。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于I2S总线采集播放多通道音频的系统，其特征在于：所述音频编解码芯片与所述音频接口芯片通过I2S总线或PCM总线连接。
4.一种基于I2S总线采集多通道音频的方法，需提供如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；
所述复数个音频编解码芯片分别采集对应的音频信号，然后分别转换成PCM数据，发送给音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的通道标识合成第一复合音频数据，然后通过I2S总线发送给所述CPU；
所述CPU获取所述第一复合音频数据，根据所述通道标识将所述第一复合音频数据分离为复数个PCM数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于I2S总线采集多通道音频的方法，其特征在于，所述音频接口芯片将所述复数个PCM数据和所述PCM数据对应的述通道标识合成第一复合音频数据，具体包括：
所述音频接口芯片获取所述PCM数据，在所述PCM数据后添加对应的通道标识；
将复数个所述PCM数据与所述PCM数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第一复合音频数据。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于I2S总线采集多通道音频的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对分离的所述复数个PCM数据，进行自动增益补偿、回声消除和/或噪声消除。
7.一种基于I2S总线播放多通道音频的方法，需权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，包括：
根据所述音频编解码芯片的数量和采样率，提高所述I2S总线的时钟至所述采样率的x倍，使所述I2S总线可以传输2x条音频数据；
提高所述I2S总线的传输字长至一设定值；
所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据，然后通过I2S总线发送至所述音频接口芯片；
所述音频接口芯片将所述第二复合音频数据分离为复数个原始音频数据，然后发送至所述音频编解码芯片。
8.根据权利要求7所述的一种基于I2S总线播放多通道音频的方法，其特征在于，所述CPU将复数个上层应用的原始音频数据合成为第二复合音频数据，具体包括：
所述音频接口芯片获取复数个上层应用的原始音频数据，在所述原始音频数据后添加对应的通道标识；
将复数个所述原始音频数据与所述原始音频数据对应的通道标识间隔设置，依次合成第二复合音频数据。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于I2S总线播放多通道音频的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对合成的所述第二复合音频数据，进行自动增益补偿、回声消除和/或噪声消除。
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