科普小课堂 | 5分钟读懂I2S、SPDIF数字音频传输协议

我们常被悦耳的音乐所打动，偶尔也会思考：这些美妙音频是如何传输的？

 

实际上，音频是通过一系列复杂而精细的步骤传输的：声音采集与存储→音频信号处理→音频输出与感知。

 

最终的声音再现离不开数字音频接口协议。

 

数字音频接口协议是指在数字音频系统中用于传输音频数据的标准化规定，是确保声音信号能够被正确传输和处理的关键，常见的数字音频接口协议有SPDIF、I2S、PDM、PCM等。

 

不同的数字音频接口协议各有特点。今天，纳祥科技与大家一起详细了解SPDIF和I2S。

 

01SPDIF：数字音频的“桥梁”

 

 

SPDIF（Sony/Philips Digital Interconnect Format），也写为S/PDIF，是由Sony和Philips公司开发的数字音频接口标准，目前已成为众多音频设备间传输高质量音频信号的重要桥梁。

▲SPDIF接口展示

 

SPDIF传输方式

就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种。

 

SPDIF传输载体

就传输载体而言，SPDIF又分为同轴和光纤两种，它们可传输相同的信号，但载体和接口外观不同。

 

①同轴传输：使用同轴电缆进行信号传输。这种方式适合较短距离的传输，并且使用75 Ω 阻抗的同轴线以及RCA接头。

 

②光纤传输：采用光纤进行信号传输，具有抗干扰能力强、接口灵活等优点。光纤传输不需要考虑接口电平及阻抗问题，因此更适用于长距离传输，并且逐渐成为主流。

▲纳祥科技NX8420：S/PDIF至TX 输入

 

 

SPDIF传输优势

 

SPDIF传输具有多种优势：

 

无损音频传输

SPDIF基于数字信号传输，能够实现无损音频传输，保持高质量的音频信号。

抗干扰能力强

同轴SPDIF传输具有接口灵活且抗干扰能力更强的优势。

低延迟

SPDIF具有低延迟的特性，确保音频和视频同步，并避免任何不必要的延迟。

传输频带较宽

优质的同轴电缆频宽可达几百兆赫，数字同轴传输的时基误差非常小，对音质有较好的表现。

多声道音频支持

SPDIF支持多声道音频格式，如Dolby Digital和DTS，尤其在家庭影院系统中，能实现引人入胜的环绕声体验。

广泛的兼容性

SPDIF具有广泛的兼容性，适用于不同的音频设备和格式，实现音频系统的各个组成部分之间的无缝合作。

 

SPDIF应用场景

 

SPDIF往往被用来传输压缩过的音频讯号，它由 IEC 61937标准而定制。它通常被用在支持杜比技术或DTS 环绕效果的家用DVD影院上，不分正负。

 

 

02I2S：音频IC间的“内部高速路”

 

 

I2S（Inter-IC Sound）是一种广泛应用于数字音频传输的串行接口标准。如果说SPDIF是音频设备间的“外交官”，那么I2S就是数字音频IC之间的“内部高速路”，在音频IC间构建起一条畅通无阻的数据通道。

▲I2S接口展示

 

I2S的基本信号线

 

I2S有3个主要信号：

 

①时钟线（Continues Serial Clock，SCK）

SCK线提供了同步音频数据传输的时钟信号。确定了数据传输的速度和时序。该时钟也称为Bit Clock（BCLK）。

 

SCK的频率=2x采样频率x位宽

 

②左/右声道线（Left-Right Clock，LRCK）

LRCK线指示了当前传输的是左声道的音频数据还是右声道的音频数据。它被称为帧同步信号。

 

LRCK的频率=采样频率

 

③数据线（Serial Data，SD）

SD线用于传输实际的音频数据。数据的位宽可以根据具体应用而变化，通常为16位或32位。

 

TX方向为：Serial Data Out（SDOUT）

RX方向为：Serial Data In（SDIN）

 

I2S传输优势

 

I2S传输具有多种优势：

 

数据和时钟信号分离

I2S设计中数据信号和时钟信号通过独立的导线传输，这种分离避免了因时差诱发的失真，提高了音频传输质量。

高音质传输

I2S支持高分辨率音频传输，最高可支持32位音频数据，确保音质不受损失。

同步传输

I2S采用同步传输方式，通过时钟线同步数据传输，帧同步线指示数据帧的起始，保证数据传输的准确性。

灵活的数据传输格式

I2S支持不同的数据格式，如飞利浦I2S标准、MSB和LSB对齐标准以及PCM标准，适应不同的音频数据传输需求。

全双工/半双工支持

I2S支持全双工和半双工通信，允许数据在两个方向上传输，提供通信的灵活性。

主/从模式支持

I2S支持主/从模式，可以作为主设备提供时钟信号，或作为从设备响应主设备的时钟信号，适用于多种系统架构。

 

I2S应用场景

 

I2S接口在各个应用场景中都发挥了重要作用。无论是音频编解码器、数字信号处理器、音频控制器、嵌入式系统、消费电子产品、汽车音响系统还是专业音频设备，I2S接口均能提供高质量、稳定的音频数据传输。

 

 

 

 

SPDIF和I2S都是数字音频技术的关键发展。随着技术提升，这两种接口在优化与融合中，为用户带来更纯净、真实的音频。