前言
0 _( W$ A9 X! L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。
. y$ Z3 J) x% O7 e1 Y
$ Q3 ^& v* [3 q
1 ADPCM 算法
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。
& N) R8 Q4 }+ y8 l; {在普通的脉冲编码调制 （PCM）中，发送的是真实或实际信号值。
; |- r8 _2 u$ I+ Y1 T8 f3 {) rADPCM 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。
6 |4 T! Y' d- F  B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。
1 X* ~( m- s  J; D# l# E2 u  I9 dADPCM 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。
2 k; F" A8 _4 ~, l/ J" a3 e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。
9 |, L$ S* W" W选择 IMA ADPCM 有多种原因：
2 x6 {" ~, a+ t" e1 N# ~& Z●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
( a" Z  g/ |9 ^, T1 H! C8 EIMA 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。

' i: O8 h: F) P: l; j: A
1.2 ADPCM 算法实现
9 e: U8 r# q+ ?) n4 D; U0 B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：
- \1 t% b$ G* \0 U! p) V" ^●音频格式：PCM
●音频采样大小：16 位
●通道 : 1 ( 单声道 )
●音频采样率：8 kHz 到 44.1 kHz
& e! m( E+ T) K% b: Q每个 16 位 PCM 采样被编码为 4 位 ADPCM 采样，压缩比达到 1/4。
$ V& Y+ }/ v+ f3 T3 P; fIMA 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：
: h; s  q, k# t8 c2 e) Ka) adpcm.c：它包括执行编码和解码的两个 ADPCM 函数的源代码。
( n4 D5 e/ i8 n) L9 Pb) 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。

2 j' M4 m6 x, c% m, L( c; h$ O
1.3 ADPCM 算法函数
; k! a8 F- T5 S3 K& D' t' {表 1 描述了 ADPCM 函数。
! K4 [; Q7 m' G$ Y3 p) }

; |$ t9 X9 Q) ^( D
3 ^0 R2 a4 B0 a; G2 w& v
1 m. B8 Z+ D+ Q; k
1 I$ ]$ S  c" j9 B- e) C
1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。


& H! J2 \/ K+ N% h& h

+ B# ~& b  N$ c1 w6 t& tADPCM_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。
" m+ w* I/ |+ c4 O4 G7 L

示例：
// 输入：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
// 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 */
- ]1 W8 a9 r1 C1 madpcm_byte = code;
/* 编码第二个 16 位采样值 */
code = ADPCM_Encode(pcm_sample2);
4 A* k$ H0 U* x& B( h8 J# Q7 {/* 存储第二个 4 位采样值 */
& h! G1 k5 U% b0 m( Hadpcm_byte |= (code << 4);/* adpcm_byte 包含两个 4 位 ADPCM 采样值 */

6 \1 ]. \% i7 z/ }8 Z0 J+ Y
1.3.2ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。

* u) s' ~! q  W


" `$ C  e3 v4 x5 W! }1 V

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。
* T- [$ f% ~+ `, p

3 f: |8 j0 [, F& d' v8 z5 s示例：
// 输入：adpcm_byte ；存入一个字节的两个 4 位 ADPCM 采样值。
// 输出：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
  f; I- S; U- W4 g6 ruint8_t code;
0 j4 x( |8 }8 L1 i3 n( H/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
code = (adpcm_byte & 0x0F);
/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
$ V8 u# V3 \+ @4 L& m1 q% vpcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
6 r" w5 A: T! Y& b: M1 q- @* r/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
code = (adpcm_byte >> 4);
$ Y' c  u( Z+ `" A/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);
( l$ ~# L# o: M5 g5 T% S
- N; H% B0 _) u! a" o' d8 e( W2实现示例
2.1说明
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：
( B% M* U+ H( ?3 C' ?1 S5 _●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。
) D, ]( b; x3 b, r: M& k! |muse.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。）
●然后将编码文件加载到 Flash
* X' s8 w2 e; A5 u●使用高容量 STM32F103xx 微控制器解码文件，驱动 DAC 播放音频。
" ^& B: `* p8 a; w# W$ A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。
9 ?0 n$ Z* J( K* m5 v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。
7 e: l. m( |# \. V7 d要运行这个演示示例，需要进行三个步骤：
1. 生成 ADPCM 文件
2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
3. 播放 ADPCM 文件

) c6 N+ o( Z' S1 R# L
5 O$ b, T" P; {6 G( B
- B- Y" {7 _& X! X完整版请查看：附件

4 K( I4 B/ s) u# F6 ^0 N
6 Q$ h  o2 u9 d0 D) D# C

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