STM32 微控制器上的 PDM 音频软件解码

1 简介
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7 Y; P) O2 r9 U# _& J4 o本应用笔记以 ST MP45DT02 MEMS 麦克风与 STM32 微控制器的连接为例，介绍了 PDM信号解码和音频信号重建时使用的软件优化算法和架构。该软件可直接采集麦克风输出的脉冲密度调制 (PDM) 数据，并将其转换为 16 位脉冲编码调制 (PCM) 格式。
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: d) _/ x$ A: T" V9 o* p3 G本文档还提供了快速入门信息，介绍如何通过基于 STM32F4 微控制器和 STM32F4DISCOVERY板的 I2S 对 PDM 库进行单麦克风采集。
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& f# \& t' g# ~0 p# |有关这一过程的详细信息，请参见 AN3997 使用 STM32F4DISCOVERY 进行音频回放和录音。

5 ]& L4 d8 h0 l5 p& `2 PDM 信号简介

% Q0 u# d" O+ m6 S: X脉冲密度调制 (PDM) 是一种用于表示数字域中的模拟信号的调制形式。
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在 PDM 信号中，不会像在 PCM 中一样将具体的幅值编码到脉冲中。而是对与模拟信号幅值相应的、一系列脉冲的相对密度进行编码。

& V  V: Y4 {' x- [& T* Z要从 PDM 比特流中获取数据帧，通常使用采样滤波器。采样过程第一阶段要降低采样频率，然后使用高通滤波器去除信号直流偏移。
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3 硬件接口：麦克风连接和采集

MP45DT02 MEMS 麦克风会输出一个 PDM 信号，该信号具有高频（1 到 3.25 MHz）1 位数字采样流。

该输出信号通过 STM32 微控制器的同步串口（SPI 或 I2S）以 8 个样本为一组进行采集。麦克风的 PDM 输出信号与其输入时钟同步；因此，可通过一个 STM32 SPI/I2S 外设生成麦克风的时钟信号。
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4 软件接口：数字信号处理

麦克风输出的数据发送到采样过程，该过程包括两个组成部分：一个用于将 1 位 PDM 数据转换为 PCM 数据的采样滤波器，还有两个可单独配置的 IIR 滤波器（低通和高通滤波器）。转换后的音频采用 16 位脉冲编码调制 (PCM) 格式。完成转换之后会产生原始数据，可根据实际应用程序对这些数据进行处理（以波形/压缩数据形式存储到大容量存储介质，通过 I2S 外设传输到外部音频编码器 DAC...）。

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