音頻編解碼器（Audio CODEC）是音頻處理系統中的核心組件，負責 模擬信號與數字信號的相互轉換，廣泛應用于 智能音箱、嵌入式系統、消費電子產品 等設備。本篇文章將從 硬件結構、接口解析、驅動開發 和 軟件配置 等方面，深入講解如何正確理解和使用音頻編解碼器。

1. 音頻編解碼器的基本概念

CODEC（Coder-Decoder），即 編解碼器，是一種 模數轉換（ADC）和數模轉換（DAC） 的組合設備，用于處理音頻信號。

• ADC（Analog-to-Digital Converter）：將模擬音頻信號轉換為數字信號，以便后續 數字信號處理（DSP） 或存儲。
• DAC（Digital-to-Analog Converter）：將數字音頻信號轉換回模擬信號，用于 播放或驅動揚聲器。
• 數字接口（Digital Interface）：CODEC 需要與 SoC（System on Chip）或 DSP 進行通信，常見協議包括 I2S、SAI、TDM、PDM 等。

2. 音頻編解碼器的硬件接口解析

音頻 CODEC 通常需要多個信號線來完成音頻數據的傳輸和控制。以下是常見的 接口 及其功能解析。

2.1 數據傳輸接口

接口名稱	作用	備注
I2S（Inter-IC Sound）	最常見的音頻傳輸協議，支持 立體聲、同步傳輸	傳統音頻傳輸接口
SAI（Serial Audio Interface）	高級音頻接口，可支持 多聲道、TDM	現代嵌入式系統更傾向使用
TDM（Time Division Multiplexing）	多通道音頻傳輸	適用于高通道數音頻數據
PDM（Pulse Density Modulation）	用于 MEMS麥克風	適用于數字麥克風

2.2 控制接口

接口名稱	作用	備注
I2C（Inter-Integrated Circuit）	用于 配置 CODEC 寄存器，例如音量控制、模式切換	常見于低速控制接口
SPI（Serial Peripheral Interface）	另一種寄存器配置方式，比 I2C 速度更快	高速控制應用
GPIO（General-Purpose Input/Output）	用于 靜音控制、復位、功放開關等	可選功能

2.3 時鐘信號（Clock）

音頻 CODEC 需要穩定的時鐘信號才能正確工作，通常包括：

時鐘信號	作用	備注
MCLK（Master Clock）	主要時鐘源，用于 CODEC 內部采樣時鐘	典型頻率 12.288MHz
BCLK（Bit Clock）	數據傳輸時鐘，決定比特速率	由 I2S/SAI 傳輸協議提供
WS（Word Select）	用于同步左右聲道的數據	44.1kHz / 48kHz

3. 音頻編解碼器驅動開發（Linux ALSA 驅動）

在 Linux ALSA（Advanced Linux Sound Architecture） 框架下，音頻驅動通常由 設備樹（Device Tree）、機器驅動（Machine Driver）、CPU DAI（Digital Audio Interface）驅動、CODEC 驅動 組成。

3.1 設備樹（Device Tree）配置

在設備樹中，需要配置 SAI 接口與 CODEC 之間的連接，例如：

&sai1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_sai1>;assigned-clocks = <&clk IMX8MP_CLK_SAI1>;assigned-clock-parents = <&clk IMX8MP_AUDIO_PLL1_OUT>;assigned-clock-rates = <12288000>;fsl,sai-mclk-direction-output;status = "okay";
};&sound {compatible = "simple-audio-card";simple-audio-card,name = "Audio CODEC";simple-audio-card,format = "i2s";simple-audio-card,bitclock-master = <&cpu_dai>;simple-audio-card,frame-master = <&cpu_dai>;
};

3.2 編寫驅動（Machine Driver）

機器驅動主要是 連接 CPU DAI 和 CODEC，可以參考 ALSA 示例：

static struct snd_soc_dai_link my_board_dai[] = {{.name = "SAI3-Codec",.stream_name = "Audio Playback",.cpu_dai_name = "30050000.sai",.codec_dai_name = "wm8960-hifi",.platform_name = "30050000.sai",.codec_name = "wm8960.1-001a",.dai_fmt = SND_SOC_DAIFMT_I2S | SND_SOC_DAIFMT_NB_NF,},
};

4. 配置和測試音頻驅動

4.1 在 Linux 下檢測音頻設備

cat /proc/asound/cards
aplay -l   # 列出所有播放設備
arecord -l # 列出所有錄音設備

4.2 播放音頻測試

aplay -D hw:0,0 -f S16_LE -r 48000 test.wav

4.3 錄音測試

arecord -D hw:0,0 -f S16_LE -r 48000 -c 2 -d 10 test_record.wav

5. 結論與發展趨勢

近年來，SAI（Serial Audio Interface）逐漸取代傳統 I2S，成為主流 SoC 音頻接口，具備以下優勢：

• 支持多通道傳輸，適用于 高端音頻處理。
• 兼容 I2S、TDM，靈活性更高。
• 更高帶寬支持，適用于高保真音頻。

未來，音頻編解碼器將繼續向 高集成度、低功耗、智能化方向發展，結合 AI 語音處理、無線音頻傳輸（如藍牙 LE Audio），推動智能音頻設備的發展。

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以上內容從 硬件接口、驅動開發、配置調試 等方面，全面解析了 音頻編解碼器，希望對你理解 音頻系統的實現 有幫助！