Audio-音频传输接口（I2SPCMPDM）

Posted 2022-08-02 一只青木呀

1、音频接口使用场景

I2S和PCM(TDM)接口传输的数据是PCM编码格式的音频数据。
PDM接口传输的数据是PDM编码格式的音频数据。

2、I2S接口

I2S(Inter-IC Sound)总线有时候也写作 IIS，I2S 是飞利浦公司提出的一种用于数字音频设备之间进行音频数据传输的总线。和 I2C、SPI 这些常见的通信协议一样，I2S 总线用于主控制器和音频 CODEC 芯片之间传输音频数据。因此，要想使用 I2S 协议，主控制器和音频 CODEC 都得支持 I2S 协议。

I2S 接口需要 3 根信号线(如果需要实现收和发，那么就要 4根信号线，收和发分别使用一根信号线)：
SCK：串行时钟信号，也叫做位时钟(BCLK)，音频数据的每一位数据都对应一个 SCK，立体声都是双声道的，因此 SCK=2×采样率×采样位数。比如采样率为 44.1KHz、16 位的立体声音频，那么 SCK=2×44100×16=1411200Hz=1.4112MHz。
WS：字段(声道)选择信号，也叫做 LRCK，也叫做帧时钟，用于切换左右声道数据，WS 为 “1表示正在传输左声道的数据，WS 为“0”表示正在传输右声道的数据。WS 的频率等于采样率，比如采样率为 44.1KHz 的音频，WS=44.1KHz。
SD：串行数据信号，也就是我们实际的音频数据，如果要同时实现放音和录音，那么就需要 2 根数据线，比如 WM8960 的 ADCDAT 和 DACDAT，就是分别用于录音和放音。不管音频数据是多少位的，数据的最高位都是最先传输的。数据的最高位总是出现在一帧开始后(LRCK变化)的第 2 个 SCK 脉冲处。

有时候为了使音频 CODEC 芯片与主控制器之间能够更好的同步，会引入另外一个叫做 MCLK 的信号，也叫做主时钟或系统时钟，一般是采样率的 256 倍或 384 倍。

一帧立体声音频时序图：

随着技术的发展，在统一的 I2S 接口下，出现了不同的数据格式，根据 DATA 数据相对于 LRCK 和 SCLK 位置的不同，出现了 LeftJustified(左对齐)和 RightJustified(右对齐)两种格式，这两种格式的时序图如图所示：

左对齐：数据的MSB在LRCLK边沿起第一个BCLK上升沿，用的比较少。
右对齐：数据的LSB靠左LRCLK的上升沿，Sony使用这种格式。

在I2S总线上，I2S传输的是PCM编码后的音频数据，，只能同时存在一个主设备和发送设备。主设备可以是发送设备，也可以是接收设备，或是协调发送设备和接收设备的其它控制设备。在I2S系统中，提供时钟（BCLK和LRCLK）的设备为主设备。

3、PCM接口

针对不同的数字音频子系统，出现了几种微处理器或DSP与音频器件间用于数字转换的接口。最简单的音频接口是PCM（脉冲编码调制）接口，该接口由时钟脉 冲（BCLK）、帧同步信号（FS）及接收数据（DR）和发送数据（DX）组成。在FS信号的上升沿，数据传输从MSB（Most Significant Bit）字开始，FS频率等于采样率。FS信号之后开始数据字的传输，单个的数据位按顺序进行传输，1个时钟周期传输1个数据字。发送MSB时，信号的等 级首先降到最低，以避免在不同终端的接口使用不同的数据方案时造成MSB的丢失。

PCM接口包括四根信号：

PCM_CLK ：数据时钟信号
PCM_SYNC ：帧同步时钟信号
PCM_IN ：接收数据信号
PCM_OUT ：发送数据信号

和I2S接口差不多，PCM接口是4根信号线，通常用于AP处理器和通信MODEM之间传输语音数据（就是双向打电话的数据）。

AP处理器和蓝牙之间也是通过PCM来传输语音数据，打电话的蓝牙数据走的是PCM，放音乐的蓝牙数据走的是串口（不是PCM）

根据 SD相对帧同步时钟FSYNC的位置，TDM分两种基本模式：
Mode A：数据在FSYNC有效后，BCLK的第2个上升沿有效。

Mode B：数据在FSYNC有效后，BCLK的第1个上升沿有效。

4、PDM接口

PDM接口只有两根信号线：
PDM_CLK 时钟信号。
PDM_DATA 数据信号。

PDM接口多用于传输麦克风录音，传输内容为PDM编码后的数据，在数字麦克风领域，应用最广的就是PDM接口，其次为I2S接口。PDM在诸如手机和平板等对于空间限制严格的场合有着广泛的应用前景。