6.3 数字音频接口

6.3.1 AC97

1996年6月，5家在PC领域中颇具知名度和权威性的软硬件公司共同提出了一种全新思路的芯片级PC音源结构，也就是现在所见的AC97标准（Audio Codec 97）。这5家电脑公司包括了在主板芯片组领域占有举足轻重位置且市场占有率第一的Intel公司、声卡业界的龙头新加坡的创新科技公司（Creative Labs）、在MIDI领域享有盛誉的日本Yamaha公司、芯片组制造大厂美国国家半导体及专门制造信息处理器系统的美国Analong Devices公司。与此同时，AC97标准同时也得到了国际上一些其他著名品牌厂商的大力支持包括Ztech Labs、Crystal Semiconductor、Ess Technology、Oak Technology公司等。从支持AC97标准的各大公司阵容来分析，AC97标准在当时的提出，其主要目的就是给未来的家用PC提供更出色、更高级的音源品质。AC97标准作为一种全新的音源架构，主要就是针对于PC多媒体市场需求日益迫切的音源信号处理方式和音源硬件加速方式而强化的两项功能，并据此提出了一种切实可行的解决方案。这种解决方案简而言之，就是把它们全部集成在芯片组中，以此来形成一种全新的PC音源架构。

众所周知，以往电脑音效厂商为了能够在PC机上加强各种音效处理，特别是增强3D音效的部分，逐渐发展并提出了许多技术规格来借以加强3D音效。就像早期的ISA声卡，由于其集成度不高，声卡上散布了大量元器件，后来随着技术和工艺水平的发展，出现了单芯片的声卡，只用一块芯片就可以完成所有的声卡功能。如YAMAHA719、ALS007、AD1816等，由于数字部分和模拟部分同处在一块上，很难降低电磁串扰对模拟部分的影响，使ISA声卡信噪比并不理想，一般只能达到60～75分贝。只有少数像创新AWE系列的高档声卡信噪比能达到80分贝以上。在目前观之，发展最快、最成熟、最完善，也是当前最重要的，当属模拟与数字两种处理技术。重要的模拟音效处理技术包括SRS（SOUND RETRIEVAL SYSTEM）-SRS LABS、SPATIALIZER-DESPER PRODUCTS、QXPANDER-QSOUND LABS等。而相对于数字音效技术，目前仍然主要利用DSP芯片来完成诸如3D立体音效的处理。尽管数字音效处理所花费的成本可能较之于模拟音效处理技术要高出很多，但其具备能够同时集成不同音源的优势，并将会逐渐成为新一代音效处理标准。

因此可以这样讲，由5家业内厂商共同推出的新一代AC97标准规格，从根本上改进了传统的音源处理方式，首次采用了双芯片结构。AC97标准结合了数字处理和模拟处理双方面的优点，一方面减少了由模拟线路转换至数字线路时可能会出现的噪声，营造出了更加纯净的音质；另一方面，将音效处理集成到芯片组后，可以进一步协助厂商降低成本。另外，从另一个角度来分析，USB标准和IEEE 1394日趋流行，而目前的PC声音信号仍然只能通过PCI或ISA总线进行传输，也确实到了非加以改进不可的时候了。时不我待，AC97标准规格也正是面对这样一个形势，应运而生的产物。对于作为最终用户的消费者而言，既能够得到比以前更为优质的高品质声音，同时又能够进一步降低自己的购置费用。

AC97标准的规格包括以下内容。

（1）采用双芯片的PC声音解决方案；

（2）两种标准的封装方式：48针和64针；

（3）数字/模拟信号分离，全面改善信噪比（>90db）；

（4）16位立体声全双工Codec、固定48Kbps采样频率；

（5）4种模拟立体声输入，分别来自LINE、CD、VIDEO、AUX；

（6）两种模拟单声道输入，分别来自麦克风和PC喇叭；

（7）可从两个外接音源交换的单声道麦克风进行输入；

（8）高品质的CD输入；

（9）立体声线性输出；

（10）电话单声道输出；

（11）支持电源管理；

（12）可选音调控制；

（13）可选高音控制；

（14）可选3D立体声增强；

（15）可选立体声耳机输出；

（16）可选18或20位DAC及ADC分辨；

（17）可选MODEM线性Codec（ADC和DAC）；

（18）可为麦克风选择第三个ADC输入通道。

可见AC97是一个完整的PC音频系统规范，而不仅仅是一个芯片间的数字音频接口规范。

6.3.2 S/PDIF

S/PDIF（Sony/Philips Digital InterFace）是SONY公司与Philips公司联合制定的民用、AES/EBU（专业）接口。一般在数字音响设备、MD播放机和MP3播放机都会有Digital Out（数字输出）的端子，这样就可以通过它直接将声音信号输入到声卡，再通过软件的控制实现数字声音信号的输入、输出全部功能。它可以避免模拟连接所带来的额外信号，减少噪声，并且可以减少模数、数模转换和电压不稳引起的信号损失。由于它能以20bit采样音频，所以能在一个高精度的数字模式下维持和处理音频信号。还有一些声卡在电路板上增加了一个CD-S/PDIF接口，专门为具备数字输出的CD-ROM所设计的接口。在目前的家用多媒体声卡上，SPDIF同轴电信号输出主要用来传输Dolby Digital AC-3信号和连接纯数字音箱。光纤输出则主要用来连接MD等数码音频设备，以实现几乎无损的音频录制。

6.3.3 IIS

IIS（Inter-IC Sound Bus）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。在飞利浦公司的I2S标准中，既规定了硬件接口规范，也规定了数字音频数据的格式。I2S有以下三个主要信号。

（1）时钟SCK，也叫位时钟，即对应数字音频的每一位数据，BCK都有1个脉冲。SCK的频率=2×采样频率×采样位数；

（2）字选择WS（Word Select），用于切换左右声道的数据。WS为“1”表示正在传输的是左声道的数据，为“0”则表示正在传输的是右声道的数据。WS的频率等于采样频率；

（3）串行数据DATA，用二进制补码表示的音频数据。

IIS接口的发送和接收模块分为主设备和从设备，如图6-2所示。主设备发送时，驱动SCK、WS、DATA信号；主设备接收时，驱动SCK和WS。

标准IIS的接口时序如图6-3所示。IIS接口为2通道立体声音频接口，典型的字长在8～20之间，比如WAVE音频字长16bit。每一个字的高位先发送，左声道的低位位于WS的上升沿后的那个时钟周期，左声道的低位位于WS的下降沿后的那个时钟周期。

随着技术的发展，IIS标准又加入了最高位校正和最低位校正，如图6-4和图6-5所示。