MIPI聲線：脈沖編碼調(diào)制（PCM）

在MIPI Soundwire： Digital Audio Simplified中，我們提到包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）和脈沖密度調(diào)制（PDM）在內(nèi)的數(shù)字音頻格式是MIPI Soundwire的目標(biāo)應(yīng)用。

脈沖編碼調(diào)制

大多數(shù)當(dāng)前的數(shù)字音頻系統(tǒng)（計算機、光盤、數(shù)字電話等）使用多比特脈沖編碼調(diào)制 （PCM） 來表示聲音信號。PCM 的優(yōu)點是易于操作。這允許對音頻流執(zhí)行信號處理操作，例如混合、濾波和均衡。如圖1所示，模擬到PCM轉(zhuǎn)換包括三個步驟：采樣、量化和編碼。

圖1.脈沖編碼調(diào)制

采樣：如圖2所示，采樣是將連續(xù)信號簡化為離散信號。它也被稱為時間數(shù)字化。它產(chǎn)生的樣本在時間上是離散的（數(shù)字的），但在幅度上是連續(xù)的（模擬的）。采樣率，即每秒采集的樣本，是進行采樣時的一個重要因素，并且有必要捕獲覆蓋人類聽覺范圍的音頻。人類可以聽到20Hz至20KHz范圍內(nèi)的頻率。奈奎斯特定理說，采樣率應(yīng)該是最高頻率信號頻率的兩倍。因此，為了保持人耳感知的聲音質(zhì)量，大約需要40Khz的采樣率。這就是為什么44.1Khz（CD）和48Khz（DVD，DV）是數(shù)字音頻最常見的采樣率。

圖2.采樣

量化：它是將一大組輸入值映射到（可數(shù)）較小的集合的過程，例如將值舍入到某個精度單位。在此步驟之后，樣本在時間和幅度上也是離散的，如圖3所示。執(zhí)行量化的設(shè)備或算法函數(shù)稱為量化器。量化引入的舍入誤差稱為量化誤差。可用的離散幅度水平的數(shù)量決定了量化誤差，并且取決于每個樣本的位數(shù)。如果我們使用更多的比特來量化信號，它的質(zhì)量會更好。例如，一個 8 位樣本將有 2 個8= 256 個離散級別。就辛格噪聲比（SNR）而言，每增加一個位，SNR就會增加6dB（改善信號質(zhì)量）。它由以下公式表示：

常見的 PCM 樣本寬度為 8、16、20 和 24 位。

圖3.量化

根據(jù)這些信息，可以確定哪種采樣速率和采樣位適合特定的目標(biāo)應(yīng)用。讓我們考慮電話系統(tǒng)中人聲信號的情況：頻率范圍80~3.4 KHz]，人耳可以容忍40[dB]的SNR。

為了以基于奈奎斯特定理的數(shù)字化形式傳輸人聲，我們需要采樣率 = 2*3.4 [kHz] = 6800 [樣本/秒]?；?SNR 公式：40 [dB] = 6*m + 1.76 ? 每個樣本的位數(shù) = 7。

編碼： 它只是將樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字流量，其中還包括接口相關(guān)的幀數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷