音频数据流的应用

音频数据流是没有任何压缩的音频数据，我们可以直接通过I2S传输到数字功放，也可以对这些数字音频进行处理，比如EQ音量控制、音质补偿等等。

典型应用举例

首先是PC，然后PC通过USB数据线连接到MCU，MCU再通过I2S输出到功放，最后连接到喇叭或耳机。

当然，还有GUI的部分显示可以控制，同时还可以通过麦克风把音频传输到PC进行刻录或保存。

同步问题

USB外设时钟、I2C外设时钟和外部功放时钟是同步的，因为它们共用一个时钟域，但不能同步PC的时钟域。

这些不同的时钟域将会造成音频的不同步，出现断音或丢失部分音频。

主要问题

1. USB的参考时钟（SOF）并不跟系统时钟同步，主要表现在三个方面：

• 由于温度、电压的不同，引起时钟信号的变化，会产生一些Jitter；

• 时钟本身的精准度会产生一些Drift；

• 两个时钟连接在一起的相位可能相反或相同；

2. 我们在传输的过程中会预先开辟一些buffer去存储部分音频数据，buffer的读取、处理时间会有一点延迟，也会造成音频的不同步。

那这些时钟的不同步具体会造成什么样的问题呢?

1. 如果PC的时钟相对MCU慢，那么USB收到音频数据就会慢于I2S所消耗的音频数据，就会造成I2S去取数据音频的时候，buffer的数据还没有准备好而出现下溢。

2. 如果PC的时钟相对MCU快，那么USB收到音频数据就会快于I2C所消耗的音频数据，就会造成当USB接收到音频数据的时候buffer的数据还没有被取走而出现复写的情况。

主要改善

1. 非USB改善：

• 精准的时钟：可以用高精度的时钟给I2S提供更加准确的采样时钟。

• 深的存储BUFFER：增加存储的BUFFER，比如我们有足够的RAM，可以先存储大量的数

据。

• DMA：用DMA方式可以去减少复制和处理的时间。

• 减少USB的复制时间：通过优化USB的库可以减少部分USB从USB RAM复制到用户RAM

的时间。

• 基于SOF信号，同步所有的消耗音频数据：这将造成丢失部分音频数据或出现断音的情

况。

2. USB同步机制：

USB数据速率控制机制（同步/异步/高级）

同步机制比较

STM32同步实现

STM32 USB设备的音频数据流的例程是一个完整的软件库。

提供：

• USB音频数据流的应用：USB耳机、喇叭

• 多种同步方式：

外部时钟同步：运用一个外部可以动态配置的PLL，根据在STM32时钟域和USB主机

时钟域的不同，它允许动态并精准地调节产生I2S的时钟频率

PIPE反馈：USB通过一个特殊的端点去告诉主机现在需要的数据个数，它有在USB 2.0

规范里面定义，但是并没有在音频规范里面定义。

增加/减少采样个数：这样会播放流畅，但会丢失一批音频数据或者出现断音的情况。

SRC同步：SRC是一个把采样率是X的buffer转变成采样率是Y的buffer的一个模块，

它不会丢失数据而仅仅是改变数据，这种转换是基于查补和过滤的方式。

STM32异步机制

应得MCU负荷

应用占有的资源