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主题:DAC解码: 关于多bit和单bit 音频解码的简单介绍

帅哥哟,离线,有人找我吗?
clark
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DAC解码: 关于多bit和单bit 音频解码的简单介绍  发帖心情 Post By:2009-4-19 11:50:29 [只看该作者]

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音频DAC解码部分,也就是音频信号的数模转换器。这部分是外置DAC的心脏。数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量,实现该功能的电路或器件称为数模转换电路,通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。目前常用的DAC按工作方式可分为两大类。一类是多比特DAC,另一类是1比特DAC。

最原始的DAC电路由以下几部分构成:参考电压源、求和运算放大器、权产生电路网络、移位寄存器和时钟基准产生电路。移位寄存器的作用是将输入的数字信号寄存在其输出端,当其进行转换时输入的数据变化不会引其输出的不稳定。时钟基准产生电路主要保证输入数字信号的相位特性在转换过程中不会混乱,时钟基准的抖动(Jiiter)会制造高频噪音。二进制数据的权系数产生,依靠的是电阻,数据长度有多少位,电阻相应就得有多少个。如输入的数据格式是16bit,即16位数据长度,所以要采用16只权系数电阻,对应16位中的每一位。参考电源源依次经过每个权电阻的电流和输入数据每位的电流进行加权求和即可得出模拟信号。这就是多比特DAC。多比特是通过内部精密的电阻网络进行电流求和,并最终转换为模拟信号,好处是具有高的动态跟随能力和高的动态范围,但是电阻的精度决定了多比特转换器的精度,即便是理想的电阻,其热噪音形成的阻值波动都会影响转换精度。多比特系统目前广泛采用的是R-2R梯形电阻网络,是建立一组由阻值是R和2R的电阻所构成的梯形转换网路,每阶T网络对应转换数据的每一位,有相同数量的模拟开关切换梯形转换网路的接入或断开,参考电压源经过受控于输入数据切换的R-2R梯形电阻网络,其电流即为模拟信号。由于构成R-2R梯形电阻网络的电阻阻值仅有R和2R两种,制造难度较之权电流相加法DAC制造难度有所降低,但即便如此,使用理想状态的电阻达到的转换精度也不会达到24bits,目前23bits转换精度已经是现代技术所能达到的极限。多比特系统的优点是转换的精确度高、转换速度快、动态大等等,所以目前几乎所有的高价位音响系统都仍然采用多Bit的数字/模拟转换芯片。多Bit的数据/模拟转换芯片,由于片内电阻的精度及误差要求很高,所以制造成本很高,芯片售价自然也不便宜。

单比特的原理:依靠数学运算的方法在数字音频的脉冲代码信号(PCM)中插入过取样点,这些插入的取样点与原信号通过积分电路进行比较,数值大的就定为1,数值小的就定为0,原先的PCM信号就变成了只有1和0的数据流,1代表数据流较密集,0代表数据流较稀疏,这就是脉冲密度调制信号(PDM),脉冲密度调制信号经过一个开关电容网络构成的低通滤波器,1就转换为高电压信号,0就转换为低电压信号,然后通过级联职分,最终转换为模拟信号。插入取样信号会制造出许多高频噪音,所以还要经过一个噪音整形电路处理,将这些噪音推移到人耳听不到的频域。1bit的优点在于转换精度不受制于电阻,转换精度可以超过24bits,成本也低,但是设计过取样和噪音整形的电路难度很大。因为电阻的精密程度和热噪音上对音质影响相对小些,而1比特的电容和积分电路对音质影响则相对大些。对于数字音频的数据格式,单从声音素质上应该说多比特优于1比特,多比特对数字音频信号直接进行转换,而单比特还要经过一个PCM信号转换为PDM信号的过程,还要经过开关电容的充放电过程,虽然从理论上来说,最终得到模拟信号的速度和多比特相比不会慢到可以比较的程度,但是实际听感上,单比特不如多比特听起来更有活力,单比特似乎要慢一点,中频厚一点,音色相对厚重一些。

1 bit始创于飞利浦,分为三派,一派是以飞利浦为代表的比特流Bitsream;一派是以松下为代表的MASH;还有一派是今天非常流行的Delta-Sigma。

今天Delta-Sigma 1 bit非常流行,在此,简单介绍一下Delta-Sigma原理。Delta-Sigma包括两部分电路,一部分是Delta电路,它将量化后的信号与初始信号进行比较求差,这些插值信号接下来进入Sigma电路,此电路将这些插值信号进行误差求和,然后与量化前的信号相迭加。然后再进行量化。通常采用飞利浦开发的动态元素配对(DEM)量化技术,此种量化包含一个极高精度的电源源和多个1/2镜像电流源,由于集成电路最擅长镜像电流源电路,所以对无器件精度的要求可以降低,提高了性价比。量化以后的信号通过开关电容网络转换为模拟信号。需要指出并非所有的Delta-Sigma转换都是单比特。Delta-Sigma的优势在于它的高性价比,从而在中低档数字音源市场上非常流行。即便是那些坚持采用多比特的厂家,中低价位的DAC也多采用Delta-Sigma。

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