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。
( L. `- M3 s1 R% F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
/ O. O' X$ |( c4 d5 J1 I3 x4 p7 x1.1概述
$ a5 ~+ j! F8 S" f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。
, u5 t1 P9 f9 k" o, h. W- Z0 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。
( Z1 n6 f+ H% q# x& 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。
2 B/ V- Q5 z/ `# ]8 F+ }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。
选择 IMA ADPCM 有多种原因：
" ]$ r/ ]5 a" n8 z6 w●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
2 W6 Z( I& J0 P: ?" y●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。
7 V# F+ M* u' }' \4 W; i  I
% I, l( v: d7 ]3 r$ m  U# s3 J
1.2 ADPCM 算法实现
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
●音频采样大小：16 位
: Z; O, }7 s+ y3 @, w& f  i●通道 : 1 ( 单声道 )
●音频采样率：8 kHz 到 44.1 kHz
1 ]# N: Y" R6 p2 u, ~# m" Z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。
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。
8 d6 `0 v# p* `' y; s7 r$ v
* R9 b; w/ O3 m. E$ h9 v! U% a
1.3 ADPCM 算法函数
+ E# u  n# {5 x; `1 m. x: Y* A表 1 描述了 ADPCM 函数。
* L) O4 b% A5 k) C

3 S# ^2 z$ a% s; _
/ `/ A" b4 }# `+ r% g


- f8 q9 B: a: z# F* T6 C1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。
! n5 ?" ^, V1 g7 _2 m9 M+ y
' s( Z& c" l/ i$ u7 W
4 ~4 U: t4 R5 V- m. v5 l
6 a; Y$ ~/ X0 \3 [# u! B8 ^
1 z4 w9 ~" F+ E7 T0 \1 VADPCM_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。

  S3 ^( }1 q, u  U' Q) u& V
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;
/ ]- H. _% S- x+ N: C( x4 p/* 编码第一个 16 位采样值 */
code = ADPCM_Encode(pcm_sample1);
% k2 C2 A$ O1 l/* 存储第一个 4 位采样值 */
adpcm_byte = code;
0 s; B8 m# O8 A$ {8 Z3 b3 J% m9 M/* 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 */

0 w0 `5 Z+ _5 L7 A& ]
1.3.2ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。

/ @# k: n- G# K# n; |8 a$ u$ G
. C3 }# }4 M, q$ s7 m) u

# G8 ^! w5 ^0 P% O8 Y8 y

- B0 X, ?& \) |* sADPCM_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。
6 z3 e: G! S* @

示例：
// 输入：adpcm_byte ；存入一个字节的两个 4 位 ADPCM 采样值。
) C) |: N: A1 t( i0 g5 ^- T// 输出：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
& E$ |! I7 ?6 q! T. c8 L$ I( ]6 Puint8_t code;
8 Y+ y1 C* \/ y, s: [7 R' m: U: ]/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
9 i- X: T7 K3 K/ p5 }code = (adpcm_byte & 0x0F);
  E3 X- a% ~: O/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
code = (adpcm_byte >> 4);
# i/ Q. q- u' F& \3 T/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
& ?8 v2 s3 ^& u; Y5 ?% h) O% j" spcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);

2实现示例
2.1说明
, ?/ o* b$ W& k2 E3 s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。
+ I( `$ L, m' r! B: R4 U! ~, nmuse.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。）
, Z  I% m1 {9 c* V+ j●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。
+ f, H" `3 V+ E. M* x; X7 a0 Z7 t要运行这个演示示例，需要进行三个步骤：
1. 生成 ADPCM 文件
5 L8 w& k' i# s& Z4 l5 f* q2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
3. 播放 ADPCM 文件
) M0 M, V' I& b9 o4 R! g/ t


完整版请查看：附件
. e8 I6 k% u6 K$ @0 X; R" D# y

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