小猫爪：嵌入式小知识10-I2S,TDM,PCM等音频格式详解
1 前言
前段时间接触到了一个音频相关的应用，所以就粗略的学习了一下音频格式，接下来就做个小总结吧。关于音频格式的命名，可能不同的资料都会有一些出入，这点不重要，重要的是看波形。接下来就以NXP的命名规则来进行一些相关介绍吧（偷偷告诉大家，其实接下来的内容我是翻译人家资料得来的，嘿嘿嘿嘿嘿，白P…）。
2 I2S
串行协议(I2S)是一种专门针对数字音频应用的用于IC制造商和音频处理单元之间的标准化通信。I2S总线有三条线路：
- 连续串行时钟(SCK)，比特时钟(BCLK)
- Word选择(WS)、帧同步(FS)、单词时钟(WCLK)、左右时钟（LRCLK)
- 串行数据(SD)、串行数据输出/输入（SDOUT、SDIN）
串行时钟(SCK)，也被称为位时钟(BCLK)，是用于为每个音频比特提供时钟参考。Word选择(WS)、帧同步(FS)或单词时钟(WCLK)表示正在传输的通道：当此线路设置为“0”时，正在传输通道1（左），当设置为“1”时，则传输通道2（右）。WS行在传输MSB之前提前一个时钟周期发生改变。
该信号的频率对应于音频采样速率的频率。串行数据(SD)总是首先传输MSB数据（因为发送端和接收端可能有不同的字长度）。数据的范围从8位到32位。I2S格式示意图如下图所示。
3 Codec模式（左/右对齐）
Codec模式不同于I2S协议，WS信号和SD信号同步，即在同一时刻发生改变(在I2S中SD信号延迟WS信号一个时钟周期)。此外，与I2S相比，WS信号则相反，即：当WS设置为“0”时，发送右信道数据，当设置为“1”时，发送左信道数据。
下面介绍Codec模式的两种模式。
3.1 左对齐（MSB对齐）
对于左对齐，也称为MSB对齐，当有数据帧需要发送时，WS将发生更改。串行数据在左边是有效的，这意味着如果WS的半周期是32位长数据，前24位将用于音频，其余8位必须设置为零。
下图描述了左对齐的格式。
3.2 右对齐（LSB对齐）
对于右对齐，也称为LSB对齐，当有数据帧需要发送时，WS将发生更改。串行数据在右边是有效的，这意味着如果WS的半周期是32位长数据，只有24位用于音频数据，前8位则必须设置为零。由于串行数据以MSB格式传输，LSB位在WS改变其状态之前与最后一个位时钟周期相匹配。
下图描述了右对齐的格式。
4 DSP模式
DSP模式类似于左对齐Codec格式，但WS的宽度可能取决于IC架构（最小允许值为1位时钟）。由于WS不是50%占空比信号，WS的上升沿信号表示音频数据的开始，首先是左通道数据，接着是右通道数据。WS的频率仍然定义了音频采样率。
因为WS的高电平宽度不定，所以DSP模式通常有以下几种：
在一些DSP模式中，数据延迟WS一个时钟。下图说明了这种DSP模式，其中WS宽度只有1个时钟周期长度。
注意：有些IC可能需要在每个左右通道之间放置0强制数据，而不是将其放置在最后。在从机设备的数据表中了解集成电路的需求是很重要的。
5 时分多路复用(TDM)
对于上述的音频格式，只能在单个WS周期内发送2个频道，但是，对于TDM格式，可以在一个WS周期间内发送2个以上的频道。在TDM格式中，WS的宽度只有1个时钟周期长度。
当多个从机设备连接到总线时，通常使用TDM模式，其中，主机使用相同的同步信号（WS）向从机发送数据。每个从机设备可以配置偏移参数来获取自己相对应的通道数据。
TDM的形式有很多，但是其实就是DSP模式和I2S的变种，就是在一个周期内塞多通道数据，一些常见的波形如下所示：
I2S模式的TDM：
DSP模式的TDM：
6 PCM
在PCM模式中，一个同步周期内只传输一个通道。同步模式有两种类型：短帧和长帧。对于短帧同步模式，“WS/帧同步”的下降沿表示串行数据的开始。WS/帧同步信号宽度总是为一个时钟周期长度。对于长帧同步模式，“WS/帧同步”的上升沿表示串行数据的开始。WS/帧同步信号宽度保持13个时钟周期。下图显示了两种同步模式的PCM格式。
