MIPI声线：脉冲编码调制（PCM）

在MIPI Soundwire： Digital Audio Simplified中，我们提到包括脉冲编码调制（PCM）和脉冲密度调制（PDM）在内的数字音频格式是MIPI Soundwire的目标应用。

脉冲编码调制

大多数当前的数字音频系统（计算机、光盘、数字电话等）使用多比特脉冲编码调制 （PCM） 来表示声音信号。PCM 的优点是易于操作。这允许对音频流执行信号处理操作，例如混合、滤波和均衡。如图1所示，模拟到PCM转换包括三个步骤：采样、量化和编码。

图1.脉冲编码调制

采样：如图2所示，采样是将连续信号简化为离散信号。它也被称为时间数字化。它产生的样本在时间上是离散的（数字的），但在幅度上是连续的（模拟的）。采样率，即每秒采集的样本，是进行采样时的一个重要因素，并且有必要捕获覆盖人类听觉范围的音频。人类可以听到20Hz至20KHz范围内的频率。奈奎斯特定理说，采样率应该是最高频率信号频率的两倍。因此，为了保持人耳感知的声音质量，大约需要40Khz的采样率。这就是为什么44.1Khz（CD）和48Khz（DVD，DV）是数字音频最常见的采样率。

图2.采样

量化：它是将一大组输入值映射到（可数）较小的集合的过程，例如将值舍入到某个精度单位。在此步骤之后，样本在时间和幅度上也是离散的，如图3所示。执行量化的设备或算法函数称为量化器。量化引入的舍入误差称为量化误差。可用的离散幅度水平的数量决定了量化误差，并且取决于每个样本的位数。如果我们使用更多的比特来量化信号，它的质量会更好。例如，一个 8 位样本将有 2 个8= 256 个离散级别。就辛格噪声比（SNR）而言，每增加一个位，SNR就会增加6dB（改善信号质量）。它由以下公式表示：

常见的 PCM 样本宽度为 8、16、20 和 24 位。

图3.量化

根据这些信息，可以确定哪种采样速率和采样位适合特定的目标应用。让我们考虑电话系统中人声信号的情况：频率范围80~3.4 KHz]，人耳可以容忍40[dB]的SNR。

为了以基于奈奎斯特定理的数字化形式传输人声，我们需要采样率 = 2*3.4 [kHz] = 6800 [样本/秒]。基于 SNR 公式：40 [dB] = 6*m + 1.76 ⇒ 每个样本的位数 = 7。

编码： 它只是将样本数据转换为数字流量，其中还包括接口相关的帧数据。

审核编辑：郭婷