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。

/ J, D! e8 _, e0 Q1 K/ f) K1 w- j
1 ADPCM 算法
8 k  x! v9 |* [/ \1.1概述
4 W% ^9 x1 ?& o0 L. B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。
/ b# T' g  z* ], T4 o2 S6 Q3 N* G1 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。
  A1 Q: O6 F' v) Q  h1 H  j4 Z2 nADPCM 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。
4 s, A, X, Q1 ~+ R( K7 NADPCM 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。
3 f! {3 Z' ~- d+ c0 k& A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：
●它可以应用于 8 kHz 到 44.10 kHz 之间的不同采样率
7 h: a$ g. w, S; l" b●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。
" W7 I! N3 @4 z) U: x3 y6 a5 h
% ~+ t3 k5 M/ m( T
+ {6 A. b: n' i$ S! Q$ a9 c) c1.2 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
●通道 : 1 ( 单声道 )
% s; Z4 I! s! j●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。
( Y! r) k! B: q9 MIMA 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。
' N( o4 Q: x9 q6 x  Jb) 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。


1.3 ADPCM 算法函数
表 1 描述了 ADPCM 函数。

( ~. ~* }! a% x/ X: e

% I! ]. q/ x, f, M2 p3 G( t, n# x


% K9 \; ?# ]0 p. S; N* e; m1.3.1ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。
% \! S' X9 |1 L# B% F4 a1 p

; u; @: U! [' j: k1 o0 d

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。

4 H; I* p4 H$ ^! H+ i) \
. _6 y4 I- P* u) v示例：
6 T( x, X7 S% S& Y# I// 输入：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
% W! L4 `/ S( S* N// 输出：adpcm_byte ；存入一个字节的两个 4 位 ADPCM 采样值。
1 }( b  E% \" {0 }& e9 Quint8_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 */
6 X4 J+ O% t0 |adpcm_byte = code;
/* 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 */
  x6 h1 f4 H* C/ S0 O. n

1.3.2ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。

5 I1 f, ~* V5 Q, {8 g3 K
0 i& u: y2 d9 p, H6 R6 S! k



' G2 ]% a& m$ F% k4 _. BADPCM_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。
$ d) s. ~* m. U( r& p

示例：
! u) Z& Y; R( }// 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。
$ h# A) }( y7 F2 u7 h$ zuint8_t code;
' P2 M2 H# a& @: C+ {2 l/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
code = (adpcm_byte & 0x0F);
* U2 y; v6 R! ?: v& S) k/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
8 s1 b' e" e1 k' q  O8 V3 s. W/ q/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
  r: d/ E& m$ W1 ~: K! |$ w+ Ecode = (adpcm_byte >> 4);
# `2 t, v+ |, |& k7 Y/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);
& P! W' E( ]9 L* Z  F
0 X: e4 M+ E8 c- _6 J2 n2实现示例
2.1说明
- v8 n$ L3 e7 H& i& n  D( {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 w7 E8 [! }, R# B2 S' \- ~●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。
$ R. n0 L8 {, T4 ]& v# |6 n* bmuse.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。
8 y! i* u" i" 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：
6 e- C* Z. `3 |1 l; O* w1. 生成 ADPCM 文件
4 ]7 h1 k- e, T2. 将 ADPCM 文件载入 NOR Flash
, H5 q' {' l. k4 ^9 Q3. 播放 ADPCM 文件



# l% y  ?2 |4 b7 |* |; k完整版请查看：附件
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