4、I2S音频处理与FFT应用技术解析

I2S音频处理与FFT应用技术解析

1. PDM编码与Direct Memory Access

PDM（脉冲密度调制）编码在音频信号处理中有着重要应用，索尼和Sonic Studio采用采样频率为2.8MHz的PDM编码作为Direct Stream Digital。相较于简单的移动平均法，将PDM数字信号转换为模拟值的方法要复杂得多。

在Direct Memory Access（直接内存访问，简称DMA）方面，DMA缓冲区大小范围为8 - 1024个样本。DMA内存需求的计算公式为：缓冲区数量×缓冲区长度×通道数×每个样本的字节数。例如，对于单声道录制，每个样本为2字节（即16位），两个1024样本的缓冲区，DMA内存需求为4KB。DMA缓冲区存储在SRAM中。

较大的DMA缓冲区会减少DMA向CPU发送的中断次数，但会在CPU发出传输数据指令与数据传输开始之间产生延迟，这种延迟被称为 latency（延迟）。DMA缓冲区的最小数量由CPU数据处理时间（T）、采样频率（F）和缓冲区大小（b）决定，计算公式为 (T × F)/b。例如，对于一个1024样本的数据缓冲区，采样频率为44.1kHz，CPU处理数据用于传输或分析的时间为50ms，那么最小缓冲区数量为 (50 × 10⁻³ × 44100)/1024 = 2.15，因此至少需要三个DMA缓冲区。

在Espressif文档中，所需的DMA缓冲区数量、DMA缓冲区大小（样本数）和CPU数据处理时间分别被称为 dma_desc_num、dma_frame_num 和 polling_cycle。相关I2S文档可在 docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/e