I²S

Die I²S-Schnittstelle (Inter-IC Sound Interface) wurde von Philips für serielle digitale Audiodaten bei der Kommunikation zwischen ICs entwickelt. Obwohl es sich um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung handelt, wird auch von einem „Bus“ gesprochen.

Übersicht

Die I²S-Schnittstelle wird ausschließlich zur Übertragung von digitalen Audiodaten verwendet. Diese können dabei in Form der Puls-Code-Modulation (PCM-Signal) vorliegen oder unter Verwendung entsprechender Steuercodes auch andersartig codiert sein. Beispielsweise werden über diese Schnittstelle auch digital codierte Datenströme nach Dolby E übertragen. Bei PCM-codierten Audiosignalen werden auf der I²S-Schnittstelle immer zwei Audiokanäle übertragen, was Stereoübertragung ermöglicht. Dabei wird abwechselnd ein Datenwort des rechten und des linken Audiokanals seriell übertragen. Bei nicht-PCM-codierten Audioübertragungen können auch mehr als zwei Audiokanäle übertragen werden.

Wesentliche Eigenschaft ist, dass diese Schnittstelle synchron ist. Durch die vorhandenen Leitungen wird auch die genaue zeitliche Ausrichtung der einzelnen abgetasteten Audiowerte festgelegt.

Die I²S-Schnittstelle wird häufig zur Anbindung von Analog-Digital-Umsetzern und Digital-Analog-Umsetzern an digitale Signalprozessoren (DSP) verwendet. Sie findet auch Verwendung als Schnittstelle, um Audiodaten zu eigenständigen digitalen Filtermodulen zu leiten.

Aufbau

Timingdiagramm der I²S-Schnittstelle

Die Schnittstelle besteht aus drei Leitungen, der Takt- (SCK), Daten- (SD) und der Word-Select-Leitung (WS). Die Word-Select-Leitung legt den genauen zeitlichen Rahmenstart und die Dauer eines seriell übertragenen Datenwortes fest. Des Weiteren definiert sie bei PCM-codierten Audiodaten, abhängig vom logischen Pegel, ob der gerade übertragene Audiowert dem rechten oder linken Audiokanal zugeordnet ist. Somit weist die WS-Leitung – die auch als Word-Clock bezeichnet wird – eine Frequenz auf, die genau der Abtastrate entspricht.

Die Kommunikation erfolgt immer nur in eine Richtung, d. h. Audiodaten werden beispielsweise von einem DSP zu einem Digital-Analog-Wandler gesendet, um darüber eine Sprachausgabe zu realisieren. Ein anderes Beispiel ist, dass ein Analog-Digital-Wandler die Signale eines Mikrofons in digitale Werte wandelt und danach über eine I²S-Schnittstelle an einen DSP schickt.

Eigenschaften

• Drei Signalleitungen (SCK, SD, WS)
• Keine Adressierung
• Keine bidirektionale Kommunikation
• Übertragung hoher Datenraten im Vergleich zu Steuerschnittstellen wie I²C oder SPI
• Streng synchrone Übertragung ohne Pausen zwischen den einzelnen Werten
• Kombinierbarkeit von Bausteinen mit unterschiedlichen Wortlängen

Transferraten

Die Datentransferraten sind abhängig von der jeweiligen Anwendung. Bei einer üblichen Wortbreite von 32 Bit pro Abtastwert und zwei Audiokanälen ergeben sich je nach Abtastrate folgende Bitraten:

Audio-CD mit 44,1 kHz	2,8224 MBit/s
DAT, Studiobereich mit 48 kHz	3,072 MBit/s
DVD mit 96 kHz	6,144 MBit/s

Referenzen

• I²S-Spezifikation von Philips, 1986 (englisch) (PDF-Datei; 60 kB)