I2S接口工作原理
描述
I2S总线， 又称 集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。
数字传输接口，最常见的包括SPDIF（光纤或同轴）、AES/EBU、USB及火线。其中AES/EBU又称“平衡数字接口”，常用于专业领域，因为它有长距离传输抗干扰的优势，适合用于动辄几十米传输线的专业领域里，理论上支持长达1公里的传输距离，SPDIF则主要用于民用领域，比如光碟播放机、电脑声卡，传输距离一般不超过10米。USB和火线则是近年来PC-Fi的流行所带来的结果。其中USB越来越流行和多见，火线接口则逐渐式微。在USB3.0标准出现之前，火线有着传输速率高的独特优点，但USB3.0的出现使得火线已经丧失优势，因此它很快退出了大家的视野。
除了这些熟悉的数字接口外，还有一种数字传输方式，其实早已存在，一直用于机内的数字信号传输，但很少用于机器-机器之间的传输。这就是I2S（其实应该是读作“I平方S”而不是“I二S”，全称Integrated Interchip Sound）。这是飞利浦公司创立的一个标准，从音频角度来看，其独特的优点是时钟信号有独立的传输线，也就是数据和时钟分离。这和SPDIF传输那种数据和时钟信号一体化的传输，是两种方式和思路。
I2S相对于光纤和同轴的另外一个优点是，它少转换环节，更加直接。我们知道光纤和同轴的传输，有一个转换环节：SPDIF是一种把数据和时钟信号按一定规则合为一体后传输的方式，传输的是合成信号，在接收端，有一个“时钟恢复”的步骤，即从SPDIF合成信号中恢复出时钟，进行数据和时钟信号的分离。而I2S本身就是传输分离的信号，因此发送端和接收端都少了一个环节。
I2S用于机器和机器之间的数字信号传输，有几个不同的做法，比如意大利北极星、韩国Stello的产品，使用RJ45的接口，即电话线、网线的那种接口。这种做法传输距离很短，易受干扰，一般都随机附送了很短的接线，且没有什么“发烧线”可升级。美国PS Audio、Wyred 4 Sound（经常简称为W4S）等厂家则采用了HDMI接口来传输I2S信号，称为I2S Over HDMI。其接口就是标准的HDMI口，使用的接线就是HDMI线，但传输的不是影音数字信号，而是I2S数字音频信号。下图为美国Wyred 4 Sound的解码器DAC2，可以看到这种I2S Over HDMI口。HDMI一共有19根数据线，在传输I2S信号时，采用了低压差分信号的传输方式，同时相邻的信号间以地线隔离，一共使用了12根数据线来完成传输，是一种比RJ45网线口更为优越的方式。
罗马尼亚Audiobyte的产品也采用了这种做法（其设计师原先为PS Audio设计解码），在其Hydra Z数字界面背后，可以看到I2S Over HDMI口，我试听对比过用它接驳到Wyred 4 Sound的解码，对比同轴和AES/EBU，结果十分明朗——I2S确实是声音素质最优的，有着明显更透明的音色、更丰富的声场信息、更为凝聚的结像。对比之下，即便用了很高级的同轴线，同轴传输还是要素质明显弱一些，表现为透明度略差、结像力稍弱、声场小一圈。专业领域内的标准AES/EBU也不敌I2S的透明度和结像力。在大家都用很好线材的情况下，I2S至少在透明度、结像力等方面，是明显的赢家。同轴若说有什么好处，主要还是更容易做到很好的厚度（特别是使用厚声线材的话）。个人的经验也是，同轴是最适合通过线材来调整声音的一个环节，可以调整的余地最大，同轴线也有相对最多的牌号选择，但纯论声音的硬素质，I2S具有明显的优势。
不清楚未来这种I2S Over HDMI接口是否会有进一步的发展，被更多厂家所采纳，但我觉得对此感兴趣的发烧友，可以试着搞搞有这种接口的USB界面、解码器，尝试下I2S Over HDMI的优点。下图为Audiobyte Hydra Z数字界面，也有这种接口（位于AES和光纤口之间）。
最后，顺便也介绍一下美国W4S的这款DAC2解码器。我听的是其最高档版本DAC2 DSD-SE特别版，2550美金，具备I2S接口，输出电平可以设置为固定或可变，内部为飞秒时钟模块、9018解码芯片。我觉得这款产品的性价比还是很高的，价格不到人民币2万，但是各方面素质都完全达到了2万元解码器的期望和水准，其声音走向中性、细腻、透明，但也毫不干冷，有着流畅顺滑的音乐表达。总之这是一款值得关注的纯解码器。
当然，其USB接口的素质虽然已经很不错，但对比Hydra Z界面，还是明显Hydra更强！电脑 - Hydra Z - I2S传输 - W4S DAC2，这样一套出来的声音非常优秀。包括Vega直接USB到电脑，和加载Hydra界面（同轴连接），差别也很明显——加载Hydra的声音明显更为饱满、结实和好听。
I2S接口介绍
一、I2S协议介绍
I2S协议作为音频数据传输协议，由Philips制定。该协议由三条数据线组成：
1、SCLK：串行时钟，频率= 2 * 采样频率 * 采样位数。
2、WS：字段（声道）选择，用来切换左右声道数据。WS = 采样频率（fs）。
a、1（左声道）
b、0（右声道）
3、SD：串行数据（二进制补码）（MSB---》LSB：数据由最高位到最低位依次传输）
图 声波/语音信号
二、AEC
AEC（Acoustic echo cancellor）回音消除，需要特定算法达到消除回音（回音消除利用信号处理方法）。Speaker输出声音传入Mic作为回音产生的一种途径。
三、I2S采样和处理过程
模拟信号---》采样---》量化---》编码---》数字信号
四、奈奎斯特采样定理
当采样频率fs大于或等于模拟信号最高频率的两倍，才能不失真地恢复模拟信号。