本文是本系列文章的第一篇，后续计划会根据UAC+PDM音频播放实践案例，分享一系列文章。
PDM 即Pulse Density Modulation脉冲密度调试, 我们简单的可以理解其为不同于PWM的用占空比等效不同幅度，而是时间上划分为更小的1(高电平)和0(低电平)的单位，用1和0的密度来等效幅度。所以其实反过来说，本质上PDM也还是和PWM一样还是占空比不同对应幅度不同，因为1的密度大了自然而然就是相当于占空比大了。可以理解为PDM是在PWM的基础上的细分，即划分为更小的时间颗粒度来处理，每个时间颗粒度要么是1要么是0，这里的1和0即对应这个颗粒度。
划分为这个时间颗粒度之后，对这些颗粒度的1和0，进行编码，编码后的数据从宏观上看就是1的密度变化的bit流，1的密度即可反应对应的幅度，所以宏观上就可以用PDM直接驱动模拟喇叭(过滤掉高频分量)，和之前我们分享的PWM播放音频一样，本质上没有区别。当然这个编码算法就是核心了。本文不讲PDM的原理，后面有时间再单独出一些列文章，所以这里的说法可能都不是很准确的说法，但是力求好理解。
比如如下是对于一个正弦波,PDM输出的一个简单的分析。1的密度大的地方正的幅度越大,0的个数密度大的地方负的幅度越小,1和0交替出现即均匀的地方对应幅度为0,以下对应的示意图:
一般通过输出正的最大值，负的最大值，0，以及正弦波，可以大致肉眼分辨出输出是否正确。进一步的精确的分析，需要专门的工具，比如支持PDM接口的音频分析AP工具。当然在没有专门音频分析工具时，我们也可以借助逻辑分析仪进行分析，有些高端逻辑分析仪是支持PDM的。我们这里就介绍基于TL4234B这个逻辑分析仪和上位机工具Acute TravelLogic Analyzer 进行PDM的分析。实在没有对应的逻辑分析仪，普通逻辑分析仪抓取信号，自己通过matlab等现成的音频处理工具也是可以进行分析的。
使用两个人通道抓取CLK和DATA数据，添加协议解析PDM
配置PDM解析参数
指定CLK和DATA对应的通道
如果要用PDM直接驱动模拟喇叭，必须要两个通道发送完全一样的数据，即上升沿和下降沿发送完全一样的数据，否则两个通道的数据不一样会干扰，宏观上将不再是1的密度对应占空比，对应幅度了，因为两个通道的数据交错了。
所以这里为单通道Mono模式，设置Audio Frequence为音频的采样率，PDM Sample Rade为PDM信号的频率，可以设置为自动检测。
然后下面可以选中储存声音波形，画出声音波形，都选Original数据，FullScle可以进行自动缩放。声音重放选择All，点击确定。
会显示波形和生成wav文件PDM_20240325_180500_477.WAV，直接播放即可。
我们可以使用python的wav库进行wav分析和处理。但是本逻辑分析仪生成的wav 带扩展格式块，wav库可能不能处理，我们手动修改下，使用二进制编辑工具010editor，进行如下修改。
(1)总长减小16
(2)块长减小16
(3)类型FEFF改为0100
(4)删除16字节的扩展格式块
此时可以使用以下脚本wavplot.py显示波形
python3 wavplot.py PDM_20240325_180500_477_copy.WAV
# -*- coding: utf-8 -*-import waveimport pylab as plimport numpy as npimport sys# 打开WAV文档f = wave.open(sys.argv[1], "rb")# 读取格式信息# (nchannels, sampwidth, framerate, nframes, comptype, compname)params = f.getparams()nchannels, sampwidth, framerate, nframes = params[:4]print(params)# 读取波形数据str_data = f.readframes(nframes)f.close()#将波形数据转换为数组wave_data = np.frombuffer(str_data, dtype=np.short)wave_data.shape = -1, nchannelswave_data = wave_data.Ttime = np.arange(0, nframes) * (1.0 / framerate)# 绘制波形pl.subplot(211)pl.plot(time, wave_data[0])if nchannels==2:pl.subplot(212)pl.plot(time, wave_data[1], c="g")pl.xlabel("time (seconds)")pl.show()
还可以使用scipy的signal进行滤波等处理。
我这里分享一个项目中逻辑分析仪采集的PDM数据，以及导出的WAV音频。
PDM的波形肉眼只能大致进行判断是否正确，要精确的分析，可以借助逻辑分析仪进行分析。这样可以在没有专门的音频分析工具时也能方便的进行分析。
