数字音频技术(第6版) 756

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　　第18章∑-△转换与噪声整形729
　　了高速数字信号处理技术，能够改善音频性能。差分脉冲编码调制（Differential Pulse-Code PCM）是对信号的微分进行量化的一种技术。当信号在各个采样周期之间的变化很小时，量化器的字长可以缩减。当采用很高的过采样比率时，各个采样周期之间的变是非常小的，因此量化器的字长可以被降低到1比特。1比特DPCM编码器被称为增量调制器（△调制器，Delta Modulator，DM）换句话说，DM编码的是信号幅度中的差值，即信号的斜率，而非信号的幅度本身。相反，∑-DPCM技术在量化器的输入端放置了一个积分器
　　ΣDPCM不是对信号斜率进行编码，而是对信号的幅度进行编码，这与PCM类似。不过进行了∑-DPCM以后，就可以用1个比特或是很比特对信号进行量化；这两种实现通
　　常被称为∑-Δ调制。与Δ调制一样，∑-Δ调制需要较高的过采样速率。
　　图18.2B所示为Σ-Δ调制编码器和解码器；这就是所谓的单积分调制器。模拟信号与经积分的输出脉冲进行比较，两者的增量△信号（差值）被送至量化器。当差信号为负时量化器产生一个正脉冲，当差信号为正时，量化器产生一个负脉冲。这个差信号一步一步地移动积分器，使其接近于表示出输入的数值，并跟踪模拟输入信号的微分。积分器的输出是对输入信号过往的一个近似，因此编码器与锁相环等其他积分反馈环路的操作方式类似。
　　Δ调制解码器由一个积分器和一个低通滤波器构成。使用采样周期相比比较长的
　　时间常数对各个1比特脉冲进行积分可以产生一个阶梯波形。对这个阶梯波形进行低通滤波就得到了输出的模拟波形。在积分器输出端的重量化误差是白噪声性质的。与在PCM中一样采样能以频率每翻一倍减少3dB的速度降低误差电平。通过让△值（即差值或步长尺更小能够改善动态范围，也就是说，能让重量化误差变得更小。Δ值能够被减小到何种程度取决于信号的最大微分值。编码后的信号幅度以每倍频程6dB的速度减少；因此，信噪比能随着频率的增大而减少。
　　微分的最大值出现在最大信号频率和最大信号幅度处。超过这个界限就会引起斜率过载失真。对于音乐信号来说，△值一定很高，因此会导致一个很高的量化噪声水平。当信号中的高频内容减少（就像在语音中那样），△值也可以降低。无论如何，DM的成功取决于对被编码信号特性的假设。DM依赖于信号频谱的动态范围，并且只有当信号具有低通特性，或者在低信号电平时信号的各图样具有相关性的情况下，DM才能获得良好的性能表现。这些都限制了单积分DM的应用
　　为了转换一个最大幅度的16bit字，1比特调制器需要在每个转换周期中进行26次开关触发。当采样频率为44.1kHz时，这将要求开关速率接近29GHz，这是不现实的。当这个开关速率被减慢到硬件条件所能接受的限度以内的时候，噪声电平却增长到了一个不可容忍的水平。用另一种方式来看，为了从高比特数据源输出比特信号，需要在较高采样频率
　　进行比特缩减，这会极大地降低信号的动态范围