PDM麦克风( 二 ) _噪声

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为什么将阈值化产生的误差扩散后极大提升了图片的视觉质量？答案是误差扩散完成了两个功能。首先，它将简单阈值化引起的失真转换成更接近于本底噪声；其次，它整形了本底噪声，使其减小了低频空间的噪声，代价是增大了高频空间的噪声。此外，高图像频率被人眼的原始分辨率过滤，因此一旦这些点足够小（或图像足够远），大多数的高频噪声几乎是不可见的。
结果是，阈值化产生的严重失真变得良性了，高通本底噪声。这里的良性，意思是影响是可被接收的，虽然它不是真的本底噪声，因为系统没有被抖动。噪声仍然与信号交织在一起，呈现出音调的行为特征和其它视觉假象。然而，视觉结果是好的。
半色调系统是一个噪声整形的例子。降低字长引起的噪声被整形，因此它不会被降调，但高通不是这样。通常，噪声整形系统有着任意长度的字长，且不需要让他们的噪声传递函数通过高通滤波器。然而，对绝大多数这样的系统而言，包括PDM系统，有着1比特输出和高通噪声传递函数。
过采样
由于减小字长而引起的噪声是巨大的（在1比特系统中的噪声大约比在16比特系统内的高）。噪声整形将噪声分布在了一个高带宽，但并没有减小整体的噪声等级。在一个图像应用中，图像的大多数内容是低频的，将噪声推至高频（它可能会掩盖高频）并不算是个问题。然而在音频领域，中频和高频非常重要，且非常容易被听见。如果字长减小到1比特，想要获得可接受的结果简直是不可能的，甚至在有噪声整形的情况下。结果是高频段噪声很容易被听到。
问题的答案是使用更高的采样速率。这提高了系统的带宽，在可闻范围以上创造了新的频谱。噪声整形因此能被用来将噪声推入更高的频谱中。有用的是，更多的空间被创造出来以转储噪声。且由于频谱在可闻范围以上，噪声是听不见的。
更高速的采样频率能通过以下两种方式来实现：
现在我们来看看这两种方式的更多细节。
PDM麦克风
PDM麦克风也被称作数字麦克风，包括如下部分：
从麦克风要素来的模拟信号首先被放大，然后在PDM调制器内被高速率采样和量化。调制器包含量化操作和噪声整形；输出是高速率的单比特。噪声整形确保音频频段内的相关噪声是相对低的，虽然噪声在音频频段以上的噪声是相对高的。接口逻辑能够接收一个主时钟且传输已被采样的比特流。
麦克风连接的设备提供主时钟给PDM麦克风。时钟频率定义了系统的采样频率，同时定义了在数据线上传输的比特率。虽然没有定义标准，典型的过采样率是64 。所以为了获取24KHz的带宽（与一个采样频率是48KHz的PCM系统相比较），主时钟的频率需要3. 。
数据线上的1比特数据在主时钟的上升沿或下降沿时被认为有效。大多数PDM麦克风支持双声道操作，一个麦克风在主时钟的上升沿时数据线上的数据有效，第二个麦克风在在下降沿时有效。在非有效边沿，数据输出是高阻抗。两个麦克风的数据线能被简单地连接在一起。PDM接收器有能力分离两个比特流。
DACs和PCM-PDM转换器
在很多商用DACs里和可以将PCM转换成PDM的系统内，处理过程与PDM麦克风有轻微的不同。信号已经在低频被采样，且是PCM格式的。为了获取能够使噪声整形有效的高采样频率，信号必须首先被内插。然后它的字长在噪声整形器内被减小到1比特。
内插是一个数字滤波操作，指的是在有效的采样值之间生成额外的采样值，以增加有效的采样频率。对PDM应用来说，过采样速率典型值是64；意味着每个输入采样之间有63个新的采样值。