MEMS mic之IIS mic(三)

背景


microphone家族中还有不可或缺的IIS mic,这个mic相比于PDM mic和Analog mic在应用方便来说就少很多了,但存在即必有需求,在特定的应用中IIS mic比其他两种mic更加合适,如大规模的整列,可以使用8个IIS mic组成TDM格式

硬件接口


I2S(Inter-IC Sound Bus)是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频 数据传输而制定的一种总线标准。

一般有VDD ,DATA ,BCLK ,LRCLK ,SELECT ,CONFIG ,GND七个有效接口,而上面说的TDM格式就是通过配置CONFIG和SELECT拉高拉低,接电阻等
在这里插入图片描述
1、BCLK 位时钟 BCLK 也叫串行时钟 SCLK,对应 data 的每一位数据,BCLK 都有 1个脉冲。BCLK 的频率=2×采样频率×采样位数。(因为有左右声道,所以是2)。Bit clock 均是 64 倍频 Frame clock

2、Frame Clock 帧时钟 Frame Clock 也称 LRCK 或者 WS,用于切换左右声道的数据,Frame 为“1”表示正在传输的是右声道的数据,为“0”则表示正在
传输的是左声道的数据。Frame 的频率等于采样频率。
3、DATA,就是麦克风输出的,用二进制补码表示的音频数据。
4、MCLK 为了使系统间能够更好地同步,还需要另外传输一个信号 MCLK,称为主时钟,也叫系统时钟(Sys Clock),是采样频率的 256 倍。

TDM格式


TDM(time Division Multiplexing:分时复用)
在这里插入图片描述

当 Bit clock 下降沿时 Frame 开始出现
一个高电平脉冲,下个周期的上升沿时,开始采样 slot 1 中 CH1 的 data 数据,
接着采样 CH2 中的数据,依次采到 CH8,每个 CH 有 32bit。采完 CH8 后,
Frame 会再发一个高电平脉冲,依次重复。所以此时的 Bit clock=48K328=4*3.072MHz。[正常情况下,音乐是 48K 的]

时序

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
当然 ,各家mic的IIS的时序可能不同,具体对应这上升沿采样还是下降沿采样,这个可能会有些区别

### MIC板的技术资料与介绍 MIC板通常是指集成了麦克风及相关电路的模块化硬件设计,广泛应用于语音识别、音频采集等领域。以下是关于MIC板的一些关键技术要点和技术资料: #### 一、麦克风类型及其应用 在消费电子产品领域,主要使用的麦克风类型有MEMS麦克风和驻极体麦克风(ECM)。两者各有特点,在不同场景下表现出不同的优势。 - **MEMS麦克风** MEMS麦克风因其高一致性和小型化的特性,特别适合用于多麦克风阵列的设计中。这种一致性使得其成为远场语音交互设备的理想选择,例如亚马逊Echo等产品采用了MEMS麦克风来实现高质量的声音捕捉[^1]。 - **驻极体麦克风** 驻极体麦克风虽然体积较大,但在某些性能指标上表现更优,因此也被广泛应用。例如,科大讯飞的部分开发板选择了驻极体麦克风作为核心组件之一。对于单麦克风应用场景而言,驻极体麦克风可能更具性价比。 #### 二、MIC板的核心功能 MIC板的主要作用是对声音信号进行拾取并处理,具体包括以下几个方面: 1. **声音采集**:通过集成的麦克风完成环境音或目标声源的捕获。 2. **信号放大**:内置前置放大器对微弱的模拟信号进行增强。 3. **降噪处理**:采用数字信号处理器(DSP)或其他算法降低背景噪声干扰。 4. **模数转换**:将经过预处理后的模拟信号转化为便于后续计算分析的数字形式。 #### 、典型MIC板实例——基于联发科MT6739平台 以联发科推出的MT6739为核心构建的安卓主板为例,该方案支持多种外设扩展接口,并可搭配不同类型麦克风组建完整的MIC板解决方案。常见的配套芯片型号如下所示[^2]: ```plaintext SE955, EM1300, SE2100, SE4500, EM3000, SE4750, SE4710, EM3096 ``` 这些外围器件能够满足从基础录音到复杂语音识别的不同需求层次。开发者可以根据实际项目要求灵活选用合适的组合方式。 #### 四、技术参数考量因素 当设计或者采购MIC板时,需重点关注以下几项重要参数: - **灵敏度(Sensitivity)**:衡量单位输入声压级对应输出电压大小的能力; - **信噪比(SNR)**:反映有用信号强度相对于本底噪音水平的比例关系; - **频率响应(Frequency Response)**:描述设备在整个工作频带范围内增益变化情况; - **方向性(Directionality)**:定义了麦克风接收来自特定角度范围内的声音效率差异程度; 以上各项均直接影响最终产品的用户体验质量,故而必须谨慎权衡利弊后再做决定。 --- ### 示例代码片段 下面提供一段简单的Python脚本来演示如何读取由MIC板传来的数据流并保存为WAV文件格式存储起来以便进一步分析研究之用。 ```python import pyaudio import wave CHUNK = 1024 FORMAT = pyaudio.paInt16 CHANNELS = 1 RATE = 16000 RECORD_SECONDS = 5 WAVE_OUTPUT_FILENAME = "output.wav" p = pyaudio.PyAudio() stream = p.open(format=FORMAT, channels=CHANNELS, rate=RATE, input=True, frames_per_buffer=CHUNK) print("开始录制...") frames = [] for i in range(0, int(RATE / CHUNK * RECORD_SECONDS)): data = stream.read(CHUNK) frames.append(data) print("录制结束.") stream.stop_stream() stream.close() p.terminate() wf = wave.open(WAVE_OUTPUT_FILENAME, 'wb') wf.setnchannels(CHANNELS) wf.setsampwidth(p.get_sample_size(FORMAT)) wf.setframerate(RATE) wf.writeframes(b''.join(frames)) wf.close() ```
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