【Audio】I2S传输PCM音频数据分析总结（一）

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《I2S传输PCM音频数据分析总结》主要是介绍PCM音频数据是如何通过I2S进行传输的，主要是分成2个部分：

本篇文章主要是以PCM音频数据来介绍。

PCM音频（Pulse-Code Modulation）是一种用数字表示采样模拟信号的方法。

要将一段音频模拟信号转换为数字表示，包含如下三个步骤：

下面的截图是PCM音频 1KHz 正弦波的波形，播放出来就是“滴”的声音：

Sampling(采样)表示处理，实际上就是让采样数据能够完全表示原始信号，且采样数据能够通过重构还原成原始信号的过程。

采样率（Sample rate）表示每秒采样的数量（单位：Hz）。

对于PCM编码音频流，采样率是恒定的。例如：1Hz表示每秒钟对原始信号采样一次，1KHz表示每秒钟采样1000次。

根据场景的不同，采样率也有所不同，采样率越高，声音的还原程度越高，质量就越好，同时占用空间会变大。

例如：通话时的采样率为8KHz，常用的媒体采样率有44KHz、48KHz，对于一些蓝光影片采样率高达1MHz。

原始信号采样后，需要通过量化来描述采样数据的大小。

量化处理过程，就是将时间连续的信号，处理成时间离散的信号，并用实数表示。这些实数将被转换为二进制数用于模拟信号的存储和传输。

上面的图片的例子是16bit位深量化过程。bit-depth（位深）：用来描述存储数字信号值的bit数，较常用的模拟信号位深如下：

可以看到，位深越大，对模拟信号的描述将越真实，对声音的描述更加准确。

下面是实际的采样率44.1KHz 16bit双声道正弦波1KHz的PCM音频数据，量化后存储的数据和波形解析如下：

？？？问题：为什么一个正弦波周期量化是44个数据？？？

分析： 1次采样需要的时间：1秒/采样率44.1KHz = 1 / 44100 (秒) 1个正弦波周期时间：1秒/频率1KHz = 1 / 1000 (秒) 1个正弦波周期采样次数：`1个正弦波周期时间 / 1次采样需要的时间 = (1 / 1000) / (1 / 44100) = 44100 / 1000 = 44.1次 结果：如上图显示一个正弦波周期，采样的次数为44次。

备注： 量化会将波形分成多个等份，值越大对模拟信号描述越真实。采样率是1秒钟采样的次数，值越大对声音的还原程度越高。所以，声音的质量很大程度被量化和采样率所影响。

在编码这一步，我们会将时间线上的每个sample数据转化为对应的二进制数据。

采样数据经过编码后产生的二进制数据，就是PCM数据。PCM数据可以直接存储在介质上，也可以在经过编解码处理后进行存储或传输。

采样率(Sample rate)：每秒钟采样多少次，以Hz为单位。

位深度(Bit-depth)：表示用多少个二进制位来描述采样数据，一般为16bit。

字节序：表示音频PCM数据存储的字节序是大端存储（big-endian）还是小端存储（little-endian），为了数据处理效率的高效，通常为小端存储。

声道数（channel number）：当前PCM文件中包含的声道数，是单声道（mono）、双声道（stereo）等。

采样数据是否有符号（Sign）：要表达的就是字面上的意思，需要注意的是，使用有符号的采样数据不能用无符号的方式播放。

PCM音频数据排列格式为左右声道每个样本点数据交错排列。 下面是解析一个16bit双声道PCM的数据，如下： 实际解析的出来的PCM波形如下：

What is PCM Audio? https://samplerateconverter.com/educational/pcm-audio#how-pcm-works

PCM数据格式介绍 https://blog.csdn.net/qq_25333681/article/details/90682989