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。
% |  Y! l6 p4 J0 m/ i3 d# |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+ g. N+ ^% ]# y  w

5 J2 f: e/ R2 ?; z& I5 W$ m1 ADPCM 算法
7 q# g. q) _/ u) s2 U1.1 概述
4 ?  d* j& u4 R) \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。
, g- J2 V/ K9 E, x, t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。
/ g4 _% b& m1 I' k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。
' Q& f  }" L. P, \7 W: r$ |  @选择 IMA ADPCM 有多种原因：
% f7 Q4 t: u6 j* Q% [● 它可以应用于 8 kHz 到 44.10 kHz 之间的不同采样率
9 O: o. Z: |+ j& C( S● 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
  i" ]2 [/ F* W3 l' N4 l2 ^● 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。
6 b+ J( G- }3 y0 _1 w4 z
3 ]- v5 R! H' b- e5 y/ @* `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：
$ R) H$ M: I) g- Y● 音频格式：PCM
● 音频采样大小：16 位
* I& y+ R& Y1 B$ p4 l9 J● 通道 : 1 ( 单声道 )
# I3 b+ H7 P: c! q8 V/ U- z● 音频采样率：8 kHz 到 44.1 kHz
2 T3 ~2 w2 H' X; }' |. U+ f( J9 X每个 16 位 PCM 采样被编码为 4 位 ADPCM 采样，压缩比达到 1/4。
( [$ E3 Y# ~: y' ?( m" ~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。
" w) }4 ^0 M% H, Y; T
. b7 E0 s7 e- U0 E& x6 |+ l& e
9 i. y! {6 _; z/ X0 w% V; S1.3 ADPCM 算法函数
( R& V$ c, U. J, K表 1 描述了 ADPCM 函数。
! a9 ~5 @2 l. ^- ?4 R! H& e
- o- y/ w6 C! k: n* [$ L
* L8 ~% q* \( ?8 |6 a; H$ U
1.3.1 ADPCM_Encode 函数
表 2 描述了 ADPCM_Encode 函数。



% c/ ^# W7 ?3 N, p; c
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
/ W8 ?# G5 E' ]$ N* p值存入一个字节以便节约内存空间。

, k+ c' t2 d/ f示例：
// 输入：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
6 |5 p1 H) Q2 q3 o, I) \$ a// 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 */
; q7 u) u$ o3 |* O& `adpcm_byte = code;
/* 编码第二个 16 位采样值 */
! x) |4 l) j6 x) b% p7 O: Hcode = ADPCM_Encode(pcm_sample2);
3 J; E; ?6 z) y' w/ _# w0 H0 k/* 存储第二个 4 位采样值 */
# D3 t0 c1 ^6 Vadpcm_byte |= (code << 4);/* adpcm_byte 包含两个 4 位 ADPCM 采样值 */

# i& T, v0 E. W9 G0 u" L" Y( K6 {1.3.2 ADPCM_Decode 函数
表 3 描述了 ADPCM_Decode 函数。

3 N. B; V; X  a9 g4 a


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。
+ \& C) D, \- V3 D$ E' I// 输出：pcm_sample1 和 pcm_sample2 ； 2 个 16 位 PCM 采样值。
; j5 H; m$ u5 ]' k/ _) yuint8_t code;
/* 提取第一个 ADPCM4 位采样值 */
! R/ j. h# U% T9 Y# Vcode = (adpcm_byte & 0x0F);
) W; D5 B7 C' ~% t7 q* _/* 解码第一个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample1 = ADPCM_Decode(code);
. j/ Y1 N; w0 l! f0 _9 m: |9 _$ ^/* 提取第二个 ADPCM 采样值 */
code = (adpcm_byte >> 4);
: [6 X8 u0 X/ O# H" a% t* o) B/* 解码第二个 ADPCM 采样值 */
pcm_sample2 = ADPCM_Decode(code);
" `- u7 V$ i$ s- A) T( G4 `函数名称 ADPCM_Decode
原型 int16_t ADPCM_Decode(uint8_t code);

/ {. Y' p! O! B% F
2 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：
, D5 X& V$ u) F% U4 z● 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
  t/ k4 s- T/ y+ q; h. K- u● 使用高容量 STM32F103xx 微控制器解码文件，驱动 DAC 播放音频。
; l% A, J# J9 g+ ~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。
6 T2 G2 U$ k% M' ^4 t* E$ e& I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

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