codec

AudioCodec的必要性

在理想状况下，对于录音过程，只需要将麦克风获取到的analog信号通过

ADC转换为digital信号并存储即可，对于播放音过程，只需要将digital信号

通过DAC转换为analog并输出到speaker播放即可。

但在实际的过程中，对于录音过程而言，会受到外界声源的干扰，麦克风自

身对信号的衰减以及物理链路接口上引入的杂音等因素的影响，对于放音，可能

会受digital数据本身的问题等因素的影响。

举个简单的例子，拿着手机或者固定电话和别人讲话的时候，虽然一边自己

说话，一边听电话另外一端的人讲话，但是从听筒中并没有非常明显的听到自己

的讲话声音。这中间就是一些AudioCodec在起作用，它们可以实现回音消除，

噪音抵消，以及ALC/Limiter等，当然它也实现了最重要的AD和DA功能。

ALC（automaticlevelcontrol）

不知道怎么来翻译这个词语，姑且称之为动态电压控制。

通过检测系统中的analog信号来判断是否超过Codec中设定的Max/Min值，

如果超过的话，则去根据设定的attackrate和relearate来调整analog

的电压，以达到使其介于一个合理范围内的目的。

所谓的attachrate其作用的过程就是增益增大（电压降低）的过程，而

relearate则是增益减小（电压增高）的过程，如下图所示：

实际使用过程中，ALC功能所能够达到的效果如下图：

从图中可以看到，对于超过Max强度的电压，通过调整attach过程将其降

低，反之则通过relea将其增大。

对于一般的Codec芯片而言，使用ALC功能的时候都要去配置Max/Min的

threshold（db）值，以及Attachrate和ReleaRate（快or慢）。

Limiter

不知道应该怎么翻译这个词。

与ALC类似，Limiter也是去检测analog信号的强度，当大于用于设置的

threshold的时候通过直接对信号进行截断处理，也有的Codec不是野蛮的进行

截断处理，而是采用类似ALC调整Gain的方法来调整analog信号的强度。

例如max9756中OutputLimiter的效果图如下：

注：

个人理解，Limiter的效果比起ALC来说相对差一些，可能是内部硬件实现

的决定了这点吧，前者可能是一种相对Cost-down的方案。

HPF（DigitalHighPassFilter）

即为数字高通滤波的意思，实现的功能就是使高频率信号通过，而低频率

信号被衰减。引文描述为：

Ahigh-passfilter,orHPF,isanLTIfilterthatpasshighfrequencies

wellbutattenuates(i.e.,reducestheamplitudeof)frequencieslower

thanthefilter'ualamountofattenuationfor

metimescalled

alow-cutfilterorbass-cutfilter.[1]

那么有什么好处呢，用英文来进行描述就是High-passfiltershavemany

eudaspartofanaudiocrossovertodirecthigh

frequenciestoatweeterwhileattenuatingbasssignalswhichcould

interferewith,ordamage,thespeaker.

更加全面的解释请参照：

/wiki/High-pass_filter

AIN+与AIN-

这就是所谓的差分输入形式，下面来简单的介绍一下单端输入与差分输入。

在单端方式工作时，ADC转换的是单输入引脚对地的电压值。当增益为1

时，测量的值就是输入的电压值；范围是0V到VREF；当增益增加时，输入的范

围要相应的减小；

在差分方式工作时；ADC转换的是AIN+与AIN-两个引脚的差值；在增益为

1时，测量的值等于(AIN+)-(AIN-)，范围是-VREF到+VREF；当增益增加时，输

入的范围要相应的减小。

注意：在差分方式时所提的负压是指AIN-引脚的电压大于AIN+引脚的电压，实

际输入到两个引脚的电压对地都必需是正的；例如:如果AIN+引脚输入的电压为

0V，AIN-引脚的输入电压为1/2VREF时，差分的输入电压为(0V-1/2VREF)=

-1/2VREF

下面列举了一个两路单端analog输入的例子：

zero-crossingdetection

即过零检测。指的是当交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经

过零位时，系统作出的检测，可作开关电路或者频率检测。

AGC(AutomaticGainControl)

即自动增益控制;对一个输入信号进行放大，为了方便处理，应该保证输出

有一定的幅度同时又不会饱和，但是由于输入信号的幅度通常变化很大，所以不

能采用一个简单的单一放大倍数，AGC就是根据输入信号调整放大倍数，是输出

信号幅度一致。

音频设备的3种硬件接口--PCM,IIS和AC97

一些AudioCodec中总是出现PCM字样，一直以为它是一种音频数据编码格式，

但是越看Spec觉得越不像，赶紧到网上查了下，发现它是一种类似与IIS的数

据传输格式。

1．PCM接口

针对不同的数字音频子系统，出现了几种微处理器或DSP与音频器件间用于

数字转换的接口。最简单的音频接口是PCM（脉冲编码调制）接口，该接口由时

钟脉冲（BCLK）、帧同步信号（FS）及接收数据（DR）和发送数据（DX）组成。

在FS信号的上升沿，数据传输从MSB（MostSignificantBit）字开始，FS频

率等于采样率。FS信号之后开始数据字的传输，单个的数据位按顺序进行传输，

1个时钟周期传输1个数据字。发送MSB时，信号的等级首先降到最低，以避免

在不同终端的接口使用不同的数据方案时造成MSB的丢失。

PCM接口很容易实现，原则上能够支持任何数据方案和任何采样率，但需要

每个音频通道获得一个独立的数据队列（为什么？）。这是因为PCM信号，一个声道

采集是一个数据队列，多个数据队列在PCM格式中没法融合到一个数据队列上。不像AC97有控制tag

可以区分，IIS有LRCLK来区分左右声道数据，这是有差别的。

2．IIS接口

IIS接口（Inter-ICSound）在20世纪80年代首先被飞利浦用于消费音

频，并在一个称为LRCLK（Left/RightCLOCK）的信号机制中经过多路转换，将

两路音频信号变成单一的数据队列。当LRCLK为高时，左声道数据被传输；LRCLK

为低时，右声道数据被传输。与PCM相比，IIS更适合于立体声系统（因为可以

传送多个声道的数据，所以显然更加适合StereoSingle，其实所谓的立体声，

也就是多个声道可以发出不一样的声音）。对于多通道系统，在同样的BCLK和

LRCLK条件下，并行执行几个数据队列也是可能的。

3．AC97接口

AC'97（AudioCodec1997）是以Intel为首的五个PC厂商Intel、Creative

Labs、NS、AnalogDevice与Yamaha共同提出的规格标准。与PCM和IIS不同，

AC'97不只是一种数据格式，用于音频编码的内部架构规格，它还具有控制功能。

AC'97采用AC-Link与外部的编解码器相连，AC-Link接口包括位时钟（BITCLK）、

同步信号校正（SYNC）和从编码到处理器及从处理器中解码（SDATDIN与

SDATAOUT）的数据队列。AC'97数据帧以SYNC脉冲开始，包括12个20位时间

段（时间段为标准中定义的不同的目的服务）及16位“tag”段，共计256个数

据序列。例如，时间段“1”和“2”用于访问编码的控制寄存器，而时间段“3”

和“4”分别负载左、右两个音频通道。“tag”段表示其他段中哪一个包含有效

数据。把帧分成时间段使传输控制信号和音频数据仅通过4根线到达9个音频通

道或转换成其他数据流成为可能。与具有分离控制接口的IIS方案相比，AC'97

明显减少了整体管脚数。一般来说，AC'97编解码器采用TQFP48封装。