前言
2 d7 E! T" P1 h9 u0 g) i, o" z! ~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 ADPCM 算法
4 o" Y7 o  z6 {# D4 Y1.1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。
, ?/ w- m$ @; O  [- e: r0 z" f在普通的脉冲编码调制 （PCM）中，发送的是真实或实际信号值。
ADPCM 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。
ADPCM 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。
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。
4 [/ ^8 w# u/ W% C  o选择 IMA ADPCM 有多种原因：
●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。


1.2 ADPCM 算法实现
! V: ~5 B" A0 B1 U) y/ z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：
; B5 Y! J! B2 L3 C6 A) F& u( p●音频格式：PCM
5 P- J2 G" x1 \' j& r9 k3 k& f- H$ \●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
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。
" }! g& P! `5 Z' ^! I! }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。


9 e) N- `8 K: M6 M7 r+ j1.3 ADPCM 算法函数
表 1 描述了 ADPCM 函数。
  m# O) _% [3 J6 o* W5 Y. N6 a' E
4 O" i, F# O/ Q* @" X, ]




1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。
$ s" k! s/ S8 C

  p2 V6 L3 V9 ]- n( K

1 \0 G  ~( Y6 s8 s0 A" w* SADPCM_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% U+ s$ S

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;
9 k. [9 d# M2 T/* 编码第一个 16 位采样值 */
0 x; b; k) l: vcode = ADPCM_Encode(pcm_sample1);
/* 存储第一个 4 位采样值 */
adpcm_byte = code;
5 s3 Y1 S: ^* t4 F% x- B( |* {+ x/* 编码第二个 16 位采样值 */
code = ADPCM_Encode(pcm_sample2);
/* 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 */

, E8 J0 P2 ?) r; c0 X6 U$ P# W; j3 L
, u8 q- v0 U% T. U6 s9 X: g  ~1.3.2ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。
9 X. H2 s) S* l3 }/ M  v. ~3 I


* l3 E4 Y5 x/ |# {) t
3 t: @7 L+ U/ N* z) Y3 U% y7 q% U
! p# E% R0 H; M: m( e/ `
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。

: C; o- `! c4 n* u% n0 S2 Y8 H/ T7 ]5 D
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。
1 }" X8 H' [  M) n" x0 b6 d: \uint8_t code;
- R: j2 b8 o( K0 \/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
code = (adpcm_byte & 0x0F);
/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
: {" Y; [' j% m1 ?6 Y( W9 z# ?9 xpcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
code = (adpcm_byte >> 4);
+ V: b# F' ]) S: x/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
6 L8 e1 h6 I- I$ r) lpcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);

. x& Z4 H9 ?9 P9 s" g2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：
●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。
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
●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。
7 p' v$ A- ^5 E( A) y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。
. _$ p. G1 b& N1 E5 M要运行这个演示示例，需要进行三个步骤：
6 @# \8 [8 x9 U% ^* B7 X6 i9 J% a1. 生成 ADPCM 文件
; ~, F/ M0 g9 K0 f0 p2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
3. 播放 ADPCM 文件
2 P* v( S5 x, y$ H, p3 e


完整版请查看：附件
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