前言
本应用笔记描述了 ADPCM 音频固件编解码器，并提供了演示固件来说明如何在使用STM32F103xxI2S 时，利用外部的 DAC 来播放 ADPCM 文件。
本应用笔记基于 “AN2739：如何利用具有外部 I2S 音频编解码器的高容量 STM32F103xx 微控制器播放音频文件 ”。由于关于 SPI、I2S 和外部 DAC 的部分在 AN2739 中已有说明，此处不再赘述。因此，为了能充分理解本应用笔记，建议您参考 AN2739。

1 l% x0 v5 T  ^) ]. ^8 N, B
1 ADPCM 算法
# Y2 ~. R/ M$ ~$ {1.1概述
自适应差分脉冲编码调制 , 或简称为 ADPCM, 是波形编码的音频算法 , 它通过以前的信号值预测当前的信号值 , 并且仅发送真实值和预测值的差值。
在普通的脉冲编码调制 （PCM）中，发送的是真实或实际信号值。
3 S* }. }0 Y5 ~: e9 O, qADPCM 的优势在于通常预测信号值和真实信号值的差值相当小，这意味着与相应的 PCM 值相比，它可以用更少的位数来表示。
根据需要的质量和压缩比，差分信号按照 4 （2 位）、 8 （3 位）、 16 （4 位）或 32 （5 位）水平量化。
$ h* y5 ~* {( o# G$ `! |, XADPCM 算法的实现方法有很多。它们在量化和预测模式上有所不同。
% a0 Z: v& O3 T2 X% O在本应用笔记中，我们提供了由交互式多媒体协会（IMA）开发的4位量化算法IMA ADPCM。
, S  D4 s* ^7 D* H; r( U; L选择 IMA ADPCM 有多种原因：
, T2 x, ?: M2 c" {●它可以应用于 8 kHz 到 44.10 kHz 之间的不同采样率
●它能在较低的 CPU 的使用率和较少的内存占用情况下保证音频的播放质量
●它具有广泛的实现方式，例如在 Windows 和 Mac 操作系统中
IMA 数字音频对焦和技术工作组公布的一份文件对 IMA ADPCM 算法进行了充分说明：“ 在多媒体系统中增强数字音频兼容性的建议措施 ” 版本 3。
  l. d- B3 c4 x9 |+ H# G

1.2 ADPCM 算法实现
! l& D( T% I' O) x本应用笔记提供的 IMA ADPCM 算法用于对具有下述规范的音频文件进行编码：
●音频格式：PCM
) x) a1 x2 r7 l; Z1 y# T% W●音频采样大小：16 位
# w* g5 w. r3 v●通道 : 1 ( 单声道 )
●音频采样率：8 kHz 到 44.1 kHz
每个 16 位 PCM 采样被编码为 4 位 ADPCM 采样，压缩比达到 1/4。
IMA ADPCM 算法实现包含两个函数，一个函数编码音频采样，另一个函数解码音频采样。
ADPCM 固件由两个文件组成：
a) adpcm.c：它包括执行编码和解码的两个 ADPCM 函数的源代码。
% H+ g: Y# w; o' V( M' s3 |b) adpcm.h：它是 adpmc.c 的头文件。它应该包含在调用 ADPCM 函数的文件中。

6 d3 H( t7 Q6 ?6 y* N, a
9 g' f* B* i  P  _+ [$ U9 I+ G1.3 ADPCM 算法函数
1 T/ O3 P. @1 o. N* d0 P$ s3 M表 1 描述了 ADPCM 函数。



/ \' X) @2 y& a' |. j8 `* c

  I# \) q# Y1 n$ F8 |
! q+ n4 L" t% P1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。


( l* r6 T. r1 l. m( v
3 @7 u* b- I& l9 f( W
ADPCM_Encode 函数返回一个包含 4 位 ADPCM 采样值的字节。软件将 2 个 ADPCM 采样值存入一个字节以便节约内存空间。

: x) L4 p. s0 L7 p
示例：
: X/ }" [' V! n0 k  _// 输入：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
2 V: C- ]$ i! ~& X4 [// 输出：adpcm_byte ；存入一个字节的两个 4 位 ADPCM 采样值。
uint8_t code;
/* 编码第一个 16 位采样值 */
code = ADPCM_Encode(pcm_sample1);
/* 存储第一个 4 位采样值 */
8 K- P; L  P( A( jadpcm_byte = code;
/* 编码第二个 16 位采样值 */
) R" _+ ]; I* j% _1 a6 U1 Ncode = ADPCM_Encode(pcm_sample2);
: X* Z# k: `, @. Y" Y/* 存储第二个 4 位采样值 */
adpcm_byte |= (code << 4);/* adpcm_byte 包含两个 4 位 ADPCM 采样值 */
6 L" F: W( D+ x

1.3.2ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。

( V  ]# R% i' |! G: K+ N% c



8 o0 D; j( Y. ]2 d
ADPCM_Encode函数的输入是一个包含4位ADPCM采样值的字节。在调用ADPCM_Decode函数之前，该软件必须提取出 4 位 ADPCM 数据并将其存入一个字节。

+ x1 K) U/ \# g5 k
示例：
6 s* \) c5 @7 N7 {" Y% m// 输入：adpcm_byte ；存入一个字节的两个 4 位 ADPCM 采样值。
# r# |" N8 C% D0 n8 }% n/ N! g+ Q// 输出：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
uint8_t code;
5 d4 M9 @7 w. b/ W/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
code = (adpcm_byte & 0x0F);
/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
% B% J2 D1 `! G7 w3 i# E# `/ ~# kpcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
) u" [! r& p6 d6 hcode = (adpcm_byte >> 4);
/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
' q5 |' L6 l: epcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);
: i3 S2 k. [. U
2实现示例
8 i) l/ |2 y( M0 m2.1说明
- |9 U7 j: z- C可以在 STM3210E-EVAL 板上运行提供的例子。它是一个典型的音频应用，包括：
; |0 R( q' a9 E1 _2 j●首先用 PC 软件将一个 PCM 文件编码为 ADPCM 格式（这个软件名为 muse.exe，是由ST 开发的。它实现了与 STM32F103xx 增强型系列产品相同的 ADPCM 算法编码器。
) W, j+ h0 q8 M% ^$ D! c5 `6 m) Amuse.exe 在本应用笔记附带的压缩软件包中：请参考 第 2.2 章节了解如何应用这个工具。）
( |2 s- }  V: E; t●然后将编码文件加载到 Flash
●使用高容量 STM32F103xx 微控制器解码文件，驱动 DAC 播放音频。
在 STM3210E-EVAL 板上，128 兆位 NOR Flash 存储 ADPCM 文件和 STM32F103xx 器件上运行的固件解码器。然后用它解码该数据流，并且通过应用 I2S 外部 DAC 回放音频采样。
硬件环境基于应用笔记 “AN2739：如何使用高密度 STM32F103xx 微控制器与外部 I2S 音频编解码器播放音频文件 ”，请参考该应用笔记以获得更多信息。
要运行这个演示示例，需要进行三个步骤：
4 B$ U* u9 @9 v$ K1 S% c& C8 y0 z1. 生成 ADPCM 文件
' @% O+ v+ x# I% a; P, ?4 t$ v2 J. L& I2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
( N- q( ^1 Y- x9 i% F3. 播放 ADPCM 文件
3 L: ^+ h6 G( f' i& I0 R3 w( F
$ K; @% H$ d2 u' `- F

完整版请查看：附件
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