关于PDM、PCM、I2S和TDM等常用数字音频协议的特点与差异介绍

简介：
本文深入探讨了PDM、PCM、I2S及TDM四种常见数字音频传输标准的独特特点及其相互间的区别，旨在帮助读者全面理解各类音频数据交换技术的适用场景。 在电子工程领域中的音频处理部分，数字音频协议扮演着至关重要的角色。本段落将深入探讨四种常见的数字音频协议——PDM（脉冲密度调制）、PCM（脉冲编码调制）、I2S（集成电路间声音）以及TDM（时分复用）的特性及其区别。 首先来看一下PCM和PDM这两种不同的音频编码格式。PCM是最常用的数字音频编码方式，它基于等间隔采样原理将模拟信号转化为数字信号。在PCM中，每个采样的幅度被转换成固定位数（量化深度）的二进制码来表示不同级别的声音强度。这种技术简单且广泛应用于CD、编解码器和许多其他音频设备。 相比之下，PDM是一种特殊的编码方式，它通过脉冲密度的变化来表达模拟信号的振幅。在PDM中，输出脉冲越多代表模拟信号越强。因此，这种方式特别适合微小低功耗的应用场景如数字麦克风等应用领域，因其能够以较少带宽传输音频数据。 接下来转向与硬件接口相关的部分：I2S、PCM和PDM。I2S接口用于在音频设备之间进行数字音频的传送，其包括多个关键信号通道：BCLK（串行时钟）控制着数据传输的速度；LRCLK（帧时钟）定义一个样本帧的边界；SD（串行数据）用来传递音频信息；MCLK（主时钟）则用于整个系统的同步。PCM接口与I2S类似，但其结构更加灵活，不同设备间的数据相对于帧时钟的位置、信号极性以及传输长度可能有差异。例如，在应用处理器和调制解调器之间进行语音数据通信的场景中就常使用这种类型的接口。 TDM是在I2S的基础上进一步发展的技术，它能够同时在一条线路上处理多个通道的音频信息。通过提高采样频率，它可以支持多达16个独立的声音流传输，在多声道音响系统或需要并行处理大量声音数据的应用场合下非常有用。 PDM接口则相对简单许多，仅包含两条信号线路：提供时钟信号的PDM_CLK和用于发送左右通道音频信息的单线或多线（通过选择信号切换）的PDM_DATA。这种设计特别适合低功耗数字麦克风使用，因其数据传输效率高且对电路复杂度的要求较低。 总结来说，这四种协议各有特色并适用于不同的应用场景：PCM作为基础编码格式被广泛应用于各种音频设备；PDM则在低能耗需求的应用中表现出色如数字麦克风等；I2S标准接口适合于音视频硬件间的数据传输；而TDM技术通过时分复用提高了多路声音流的处理能力。对于电子工程师而言，掌握这些协议的特点和差异是至关重要的，有助于他们更有效地设计与优化音频系统结构。