术语解释
时分复用 (Time Division Multiplexing, TDM) 是一种将多个数据流在同一个通信介质上同时进行传输的方法,其基本原理是通过时间轴的切割,使得每个数据流在一定时间内占据所有的传输资源。
时分复用是在时间轴上将输入信号序列分配给输出信号的一种技术。这种技术将时间分为若干小段,每个时间段分配给一个输入信号。输入信号在其分配的时间段内有权使用全部的带宽资源。
TDM本身是一种传输技术,可以用在很多领域。但是我们这边主要讨论针对 音频 领域的使用。
时分复用(Time Division Multiplexing, TDM)介绍(同步时分复用、异步时分复用(统计时分复用))-CSDN博客
推荐大家去看这篇文章里面的GIF动图,可以非常直观的理解TDM是如何传输数据的。
波形分析
TDM 主要有三条线:
FS:即LRCK,帧同步信号。用来同步音频时钟。
BCLK:位时钟,相当于基准时钟,为FS和数据线提供时钟参考。
DO34:也就是DATA,所谓的数据线。可以看到,图像里面有LSB(最低有效位)和MSB(最高有效位)。
这个MSB到LSB就是音频的波形信号。
TDM 的特点就是能够传输多通道的信号,然后在接收端再把数据拼凑起来,形成完整的音频信号。
1%? 通过上面的描述,我想若是有channel1~4 采样率都相同的音频信号,比如44.1kHz,通过TDM传输后,能否在分发4个通道音频数据的同时,保证实时性?
演示图如上,验证这个技术的目标是:
MIC1 的音频信号能输出给Speaker1,MIC2~3同理,同时能输出不同的音频信号。
音频数据传输前后的波形和采样率都不能被改变。传输过程可以被改变,信号复原后要和原来一致。
为了验证这个技术的可行性,我再提出一些关键点:
为了同时传输4个44.1kHz 的数据,传输速率要是单通道的四倍。
传输的延时时间是多少?除了传输线的物理延时外,数据分发处理的延时能否让人耳听起来无感?
在增加channel的话,最大能同时传输多少channel的信号?且满足实时性(也就是要让人耳听起来无感)
当然,这是我学习过程中不成熟的猜想,你也可以关注订阅最新的内容,以便后续能获得我最新的结论或者验证数据。
应用TDM技术的芯片 - ES7210
规格书下载地址:C365743_ADC-DAC-专用型_ES7210_规格书_WJ69534.PDF | 阿白叔的个人网盘
该芯片针对TDM技术的应用:
可以从图中看到,这个芯片非常适合用于搭建麦克风阵列。
在数据手册中,展现TDM技术的应用波形图中。我们不难得出,TDM就是所谓的传输技术,在这种技术上,我们还可以使用I2S PCM等音频传输格式。
TDM技术缺陷
<1> 固定时隙分配
TDM为每个信号分配固定的时隙(时间片),无论该信号是否需要传输数据。例如,在电话通信中,T1线路的24个时隙固定分配给24路语音信号,每个时隙固定占用64 kbps带宽。
固定时隙分配会导致带宽浪费,也就是说当某个时隙传输的若是空白的数据,那就会降低带宽的利用率。
<2>无法适应高带宽需求
TDM技术采用的是单数据线的形式,在物理特性上就难保证传输高速率。
传统TDM线路(如T1线路)的最大带宽仅为 1.544 Mbps(数据来源不准确),很难满足如视频传输的带宽需求。
<3>避免不了固定延迟
在上文中,你若是有去查看引用博客文章的GIF图,你便可以清晰的了解到,TDM的时隙轮转机制会引入固定延迟。
对实时性有一定的挑战。
<4>高同步要求
TDM依赖严格的时间同步,所有设备必须精确对齐时隙。
容错性差:同步偏差可能导致数据冲突或丢失(例如,时钟漂移会导致时隙错位)
STDM - TDM升级版
统计时分复用(Statistical Time Division Multiplexing, STDM) 是一种改进的时分复用技术,通过动态分配时隙来提高信道利用率。其核心思想是:
按需分配时隙:仅将时隙分配给当前有数据发送的终端,避免传统TDM中“固定时隙分配”导致的资源浪费。
异步性:时隙分配不依赖固定时间表,而是根据实时数据需求动态调整,因此也被称为异步时分复用(Asynchronous TDM, ADTM)。
后续有用到STDM技术的应用会再详细展开。
总之,STDM只是在TDM的技术上完善了带宽利用率和同步性的问题。
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