前言
7 @% R( ?: z" r- |+ q' c! w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。

" [" O4 ^8 L* e2 m; k. P8 |- B
1 ADPCM 算法
) `( R8 X; |& G2 R9 q# N4 _) [( K- |* Y. V1.1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。
$ S5 @! W7 n% K$ \5 a0 O在普通的脉冲编码调制 （PCM）中，发送的是真实或实际信号值。
$ \$ b" g  z" ^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。
6 v; W4 d- B. c. d$ H; n3 p# `" WADPCM 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。
- H1 b! e  V! z7 _; u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。
# x6 M$ x; }2 N' Z5 o选择 IMA ADPCM 有多种原因：
/ \; q: I( L- `: l$ L●它可以应用于 8 kHz 到 44.10 kHz 之间的不同采样率
, X# ^! O; o0 T* q2 @8 }●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
% l3 Z9 `( u9 D% y; j●它具有广泛的实现方式，例如在 Windows 和 Mac 操作系统中
+ Q5 x, W0 l( p1 f! J- g5 D) zIMA 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 M+ u2 R" i1 `
7 b2 T- a, n" Z1.2 ADPCM 算法实现
8 w* V; m2 M  {1 X! b0 p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
6 D5 W: b9 ~4 t/ s●音频采样大小：16 位
●通道 : 1 ( 单声道 )
- `8 I0 Z( v8 M- r/ t●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。
1 ?) a4 n+ ~. I7 X7 Y4 \, v( x1 aIMA 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。
4 {% T0 X8 B" w1 U% x" wADPCM 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。
2 h# G3 T9 f; y* I9 K$ t* Db) 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 W7 N( a$ h1 O$ _. L% n6 n
# c( g* m9 G4 c1 g: U" o; D/ b+ a
' k$ u& F/ Y& ]2 e; J# W1.3 ADPCM 算法函数
. k4 ?/ {; d  [7 `- j表 1 描述了 ADPCM 函数。
. u, E+ H' _4 d
" u/ C6 x7 y1 r9 p3 g
% _3 z$ [5 y; E$ f
2 H7 S. M; a2 e0 o; R1 H* B5 L
1 X# K) ~- B, ~- C5 ^* Q) G

1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。
3 k3 v; s3 F4 s$ `
. D* A% e* ?( K( u6 V$ z( F+ e0 s
* A; F  J( G# c/ I- D; 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。

% l: d7 S5 b  Y1 h) n/ S
: R0 E4 a3 C  X* E示例：
9 a$ b( x6 K8 O& H2 u, V// 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。
+ L9 b! d+ E. |+ Zuint8_t code;
/* 编码第一个 16 位采样值 */
code = ADPCM_Encode(pcm_sample1);
6 V4 l; I# U: _6 ^$ y2 Y! R/* 存储第一个 4 位采样值 */
adpcm_byte = code;
/* 编码第二个 16 位采样值 */
1 o: F: ?  N3 Bcode = ADPCM_Encode(pcm_sample2);
/* 存储第二个 4 位采样值 */
  P/ w9 K- K7 K0 a# p6 |6 W% eadpcm_byte |= (code << 4);/* adpcm_byte 包含两个 4 位 ADPCM 采样值 */
0 v' I8 B9 N- g+ Y1 i+ Q
! t$ r1 y+ q% K3 \. s5 m
1.3.2ADPCM_Decode 函数
' L6 J, u: v/ W. y% i表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。



. M% p: ~1 G9 J, ~* j2 w5 \

0 Y) w) W, ^8 p* b- O, H/ i
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。


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。
uint8_t code;
/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
code = (adpcm_byte & 0x0F);
8 r! z& R% m& P/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
2 X8 ]$ f/ N8 P0 |* ?6 c% q/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
+ O; y" @) T3 ]8 @code = (adpcm_byte >> 4);
/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);
/ b2 H' M0 i4 w9 v
% A! M, r( X# l4 w: M" y7 t2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：
6 M! f& N3 ]5 J5 y; _6 g/ W1 z2 }●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。）
+ ?# ^6 x6 O& 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。
0 F  y' }# }" N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。
  l  B" c: y) [* H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：
% m9 @& W8 Q/ F2 Q* K" {. o2 V  h2 F1. 生成 ADPCM 文件
2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
1 f& @% z6 j, y3 c, `2 R8 h3. 播放 ADPCM 文件
9 E1 v8 [- ]; D

- m1 A( ~2 O9 a- p
: A) Y' ?+ E' P/ M) c! |完整版请查看：附件


' U/ h6 O0 J6 J5 F1 V

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