STM32CubeMX+MDK通过I2S接口进行音频输入输出（全双工读写一个DMA回调）续-音质问题解决总结

一、前言

之前进行了STM32CubeMX+MDK通过I2S接口进行音频输入输出（全双工读写一个DMA回调）的研究总结：
https://juejin.cn/post/7339016190612881408#heading-34

后续音质问题解决了，目前测试下来48khz的双声道使用效果很好，由于比较重要，这里单独补充总结一下可能音质原因（包括杂音），这对于调试stm32的i2s录放音很有帮助，不管stm32作为i2s从模式还在作为i2s主模式都是有用的，上述总结的全双工DMA回调处理接口是不需要变的。

二、资料收集

https://blog.csdn.net/Fairchild_1947/article/details/123391638?spm=1001.2014.3001.5501

这里的时钟配置对我有很大的启发，对应f4的芯片对应i2s的时钟配置必须是按照这样固定的，否则音质一定会打折扣。

三、音质问题可能原因总结（重要）

1、是采样率匹配问题，采样率设置不对一定会导致杂音、快进慢放等问题；
2、一个是单双声道问题，生成wav文件时如果声卡设备转换为双声道但是按照单声道处理就会有问题，数据量是双声道的，但是存储时处理了一半；（部分声卡固定是双声道，即使你的播放文件是单声道的，但是经过声卡播放后就是双声道的音，这时单片机通过i2s接收和发送都必须是按照双声道处理）
3、还有一个可能就是声卡设备的干扰问题，比如声卡i2s或者某些引脚接线不对导致影响数字信号采集，比如单片机作为主模式可选配的主时钟接入了声卡导致音质影响，实际声卡有其自己的主时钟mclk，声卡的该引脚就不能接入单片机了，否则单片机的i2s的mclk和声卡的mclk互相影响会导致音质问题；
4、还有发现一个问题，声卡i2s的收和发的数据长度设置不一致，比如发设置了标准的16位长度，而接收设置了16位扩展32位长度，导致i2s初始化后接收可能正常，但是发送时声卡收不到数据从而导致录音没有声音，这一点也是很奇怪的，目前猜测可能是声卡双声道传输的问题导致的，所以一般出现设置16位数据长度16位数据帧接收没问题但是发送发送没有声音的话可以试着设置成16位数据32位帧；
5、如果使用spi flash+fatfs进行音频文件写入的，那么音频波形快进样式也可能是spi flash的驱动问题导致的，正片擦除后写入时写入速度快就不会有这个问题，需要在写入前先擦除，如果写入时再擦除会影响写入速度从而影响录音；（调试时可以用示波器先确认硬件对应引脚输出的频率是否符合预期）
采样率的时钟频率F4按照下图配置即可（比如48khz的固定为258的PLLI2SN和3的PLLi2SR，不同外部输入时钟可以设置对应分频后为1MHZ，比如8MHZ的则设置8分频，25MHZ的设置为25）：spi flash理论上是不适合实时读写的，一般开机时写入一次，后续读取即可，因为spi flash的擦除是很耗时的，所以音频文件的实时读写在方案设计之初就需要考虑这一点，对于实时音频存储一定要注意这一点（目前考虑可以直接通过usb3.0等高速接口透传出来音频输出或者使用SD卡等方式）；
6、时钟配置配置这里给出一个参考，外部高速时钟不同可能会有一些差异，但是一定要按照固定的时钟分频去配置，比如我这里是25MHZ的：（如果是8MHZ的则M设置为8，后面N和R固定为258和3）

如下是参考网友的i2s时钟分频：

对于不同的HSE，我们为了达到上述一样的i2s时钟分频，需要根据25或8MHZ的不同HSE做不同的分频系数，比如25MHZ的HSE则对应的PLLM分频系统设置25，8MHZ的设置8，这样后面的PLLI2SN和PLLI2SR就能像上图一样固定了（HAL库的一般STM32CubeMX会自动配置时钟，这里往往自动配置的是不对的，要注意这一点 ）。

参考非HAL库中设置采样率的这一段代码可以更好的理解上面这一配置：

c 复制代码

//采样率计算公式:Fs=I2SxCLK/[256*(2*I2SDIV+ODD)]
//I2SxCLK=(HSE/pllm)*PLLI2SN/PLLI2SR
//一般HSE=8Mhz 
//pllm:在Sys_Clock_Set设置的时候确定，一般是8
//PLLI2SN:一般是192~432 
//PLLI2SR:2~7
//I2SDIV:2~255
//ODD:0/1
//I2S分频系数表@pllm=8,HSE=8Mhz,即vco输入频率为1Mhz
//表格式:采样率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODD
const u16 I2S_PSC_TBL[][5]=
{
	{800 ,100,2,24,0},		//8Khz采样率
	{1102,429,4,19,0},		//11.025Khz采样率 
	{1600,213,2,13,0},		//16Khz采样率
	{2205,429,4, 9,1},		//22.05Khz采样率
	{3200,213,2, 6,1},		//32Khz采样率
	{4410,271,2, 6,0},		//44.1Khz采样率
	{4800,100,2, 4,0},		//48Khz采样率
	{8820,316,2, 3,1},		//88.2Khz采样率
	{9600,344,2, 3,1},  	//96Khz采样率
	{17640,361,2,2,0},  	//176.4Khz采样率 
	{19200,393,2,2,0},  	//192Khz采样率
};  
//设置IIS的采样率(@MCKEN)
//samplerate:采样率,单位:Hz
//返回值:0,设置成功;1,无法设置.
u8 I2S2_SampleRate_Set(u32 samplerate)
{ 
	u8 i=0; 
	u32 tempreg=0;
	samplerate/=10;//缩小10倍   
	
	for(i=0;i<(sizeof(I2S_PSC_TBL)/10);i++)//看看改采样率是否可以支持
	{
		if(samplerate==I2S_PSC_TBL[i][0])break;
	}
 
	RCC_PLLI2SCmd(DISABLE);//先关闭PLLI2S
	if(i==(sizeof(I2S_PSC_TBL)/10))return 1;//搜遍了也找不到
	RCC_PLLI2SConfig((u32)I2S_PSC_TBL[i][1],(u32)I2S_PSC_TBL[i][2]);//设置I2SxCLK的频率(x=2)  设置PLLI2SN PLLI2SR
 
	RCC->CR|=1<<26;					//开启I2S时钟
	while((RCC->CR&1<<27)==0);		//等待I2S时钟开启成功. 
	tempreg=I2S_PSC_TBL[i][3]<<0;	//设置I2SDIV
	tempreg|=I2S_PSC_TBL[i][4]<<8;	//设置ODD位
	tempreg|=1<<9;					//使能MCKOE位,输出MCK
	SPI2->I2SPR=tempreg;			//设置I2SPR寄存器 
	return 0;
}

四、最后

基本上stm32使用i2s的音视频总结这两篇文章就够用了，其它的stm32作为usb声卡或者录音也只是以stm32作为i2s主模式来驱动像wm8978这类音频编解码器即可，反而不会遇到这种直接和声卡交互stm32作为从模式可能引起的一些音质问题（调试过程中使用示波器来测量引脚频率可以帮助排除一些硬件问题，这样更能明确问题处理方向）。