PCM 讲解资料

BurrĆBrown Productsfrom Texas Instruments

FEATURES

APPLICATIONS

DESCRIPTIONPCM1774

SLAS551–JULY2007

16-Bit,Low-PowerStereoAudioDACWithAnalogMixing,LineandHeadphoneOutputs

•2(I2C™)or3(SPI)WireSerialControl•AnalogFrontEnd:•ProgrammableFunctionbyRegisterControl:–StereoSingle-EndedInput–DigitalAttenuation:0dBto–62dB–MicrophoneAmplifier(12dB,20dB)–DigitalGainofDAC:0,6,12,18dB•AnalogBackEnd:–PowerUp/DownControlforEachModule–Stereo/MonoLineOutputWithVolume–6-dBto–70-dBGainforAnalogOutputs–Stereo/MonoHeadphoneAmplifierWith–0/12/20dBforMicrophoneInputVolume–0-dBto–21-dBGainforAnalogMixing•AnalogPerformance:–Three-BandToneControland3DSound–DynamicRange:93dB–AnalogMixingControl–40-mW+40-mWHeadphoneOutputat•Pop-NoiseReductionCircuitRL=16Ω•ShortProtectionCircuit•PowerSupplyVoltage•Package:4-mm×4-mmQFNPackage–1.71Vto3.6VforDigitalI/OSection•OperationTemperatureRange:–40°Cto85°C–1.71Vto3.6VforDigitalCoreSection–2.4Vto3.6VforAnalogSection•PortableAudioPlayer,CellularPhone–2.4Vto3.6VforPowerAmplifierSection•VideoCamcorder,DigitalStillCamera•LowPowerDissipation:•PMP/DMB/PND–6.4mWinPlayback,1.8V/2.4V,44.1kHz–3.3μWinPowerDown•SamplingFrequency:5kHzto50kHzThePCM1774isalow-powerstereoDACdesigned•OperationFromaSingleClockInputWithoutforportabledigitalaudioapplications.ThedevicePLLintegratesheadphoneamplifier,lineamplifier,line•SystemClock:input,boostamplifier,programmablegaincontrol,analogmixing,andsoundeffects.Itisavailableina–Common-AudioClock(256fS/384fS),12/24,small-footprint,4-mm×4-mmQFNpackage.The13/26,13.5/27,19.2/38.4,19.68/39.36MHzPCM1774supportsright-justified,left-justified,I2S,andDSPformats,providingeasyinterfacingtoaudioDSPanddecoder/encoderchips.Samplingratesupto50kHzaresupported.Theuser-programmablefunctionsareaccessiblethroughatwo-orthree-wireserialcontrolport.

FMEA

Potential Failure Mode and Effects Analysis

潜在失效模式及后果分析

何谓FMEA

* FMEA是一组系统化的活动，其目的是：

* 发现、评价产品／过程中潜在的失效及其后果。

* 找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。

* 书面总结上述过程。

* 为确保客户满意，这是对设计过程的完善。

FMEA发展历史

* 虽然许多工程技术人员早已在他们的设计或制造过程中应用了

FMEA这一分析方法。但首次正式应用FMEA技术则是在六十年代中期

航天工业的一项革新。

FMEA的实施

* 由于不断追求产品质量是一个企业不可推卸的责任，所以应用FMEA技术来识

别并消除潜在隐患有着举足轻重的作用。对车辆回收的研究结果表明，全面实

施FMEA能够避免许多事件的发生。 * 虽然FMEA的准备工作中，每项职责都必须明确到个人，但是要完成FMEA还得

依靠集体协作，必须综合每个人的智能。例如，需要有设计、制造、装配、售

后服务、质量及可靠性等各方面的专业人才。 * 及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是

“事后的行为”，为达到最佳效益，FMEA必须在设计或过程失效模式被无意纳

入设计产品之前进行。 * 事前花时间很好地进行综合的FMEA分析，能够容易、低成本地对产品或过程

进行修改，从而减轻事后修改的危机。 * FMEA能够减少或消除因修改而带来更大损失的机会。

* 适当的应用FMEA是一个相互作用的过程，永无止境。 DFMEA（设计FMEA）

简介

* 设计潜在FMEA是由“设计主管工程师／小组”早期采用的一种分析技术，

用来在最大范围内保证已充份的考虑到并指明各种潜在失效模式及与其

相关的起因／机理。

* 应评估最后的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。

* FMEA以其最严密的形式总结了设计一个零部件、子系统或系统时，一个

工程师和设计组的设计思想(其中包括，根据以往的经验和教训对一些环

第 11 页 共 11页 审核的定义

以获得审核证据并对其进行客观的评价，以确定满足审核准则的程度所进行的系统的、独立的并形成文件的过程。

审核的理解

1.审核是对活动和过程进行检查的有效管理工具。审核的结果为管理者采取措施提供了信息。

2.审核的主要目的是确定满足审核准则的程度。如：

①确定受审核方的管理体系对规定要求的符合性。

②评价对法律法规要求的符合性。

③确认所实施的管理体系满足规定目标的有效性。

3.审核准则是审核的依据。

QMS审核准则通常是

①ISO9001：2008QMS要求，它是外审依据的主要准则。

②《质量手册》、《程序文件》和其他相关QMS文件。（内部审核依据的主要准则）

③适用于组织的法律法规和其他要求。

4.为确保审核的有效性和效率，应坚持审核的客观性、独立性和系统方法三个核心原则：

审核的客观性：

⑴所获得的审核证据必须是与审核准则有关的并且能够证实的记录、事实陈述或其他信息。

证据包括：存在客观事实、现有文件记录。事实陈述：并可验证。

⑵审核的收集证据：根据审核准则进行客观评价，以形成审核发现。 第 11 页 共 11页 发现结果：可分为合格（符合）项或不合格项。它应包括三个要素：即①审核证据、②审核准则、③比较评价

⑶审核是一个形成文件的过程。包括：审核计划、检查表、现场审核记录、不符合项报告、审核报告、首末次会议记录等。

审核独立性：

审核的系统方法：

文件审核和现场审核

文件审核重点是检查QMS文件与认证标准的符合性、充分性、适宜性 和可操作性。

现场审核重点是检查QMS文件执行过程的符合性、充分性有效性和效率。

质量管理体系审核：

独立地对一个组织QMS所进行的质量审核。QMS审核应覆盖该组织所有部门和过程，应围绕产品质量形成全过程进行。通过对QMS中的各个场所、各个部门、各个过程的审核和综合，得出QMS符合性、有效性、达标性的评价结论。

PCM编码详解

PCM与音频编码第3章话音编码重点：脉冲编码调制(PCM)增量调制与自适应增量调制自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）难点：非均匀量化增量调制子带编码波形声音的数据压缩波形声音的码率=取样频率×量化位数×声道数全频带声音的压缩编码：第1代压缩编码：PCM编码第2代压缩编码：感知声音编码数字语音的压缩编码：波形编码参数编码（模型编码）混合编码语音压缩编码的3类方法波形编码(Perceptionmodel-basedcompression)benefits:genericdrawbacks:highestcompressionratesaredifficulttoachieve>16kb/sExamples:PCM,ADPCM,Subband参数编码,源编码(Productionmodel-basedcompression)benefits:highestpossiblecompression2.4Kb/sdrawbacks:signalsource(s)mustbeknowExamples:vocoder混合编码(Hybridcompression)Examples:CELP4.8kb/s——16kb/s脉冲编码调制(PCM)“防失真滤波器”是一个低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号；“波形编码器”可暂时理解为“采样器”；“量化器”可理解为“量化阶大小(step-size)”生成器或者称为“量化间隔”生成器。声音数字化有两个步骤：第一步是采样，就是每隔一段时间间隔读一次声音的幅度；第二步是量化，就是把采样得到的声音信号幅度转换成数字值。但那时并没有涉及如何进行量化。量化有好几种方法，但可归纳成两类：一类称为均匀量化，另一类称为非均匀量化。采用的量化方法不同，量化后的数据量也就不同。因此，可以说量化也是一种压缩数据的方法。均匀量化采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称为均匀量化。均匀量化就是采用相同的“等分尺”来度量采样得到的幅度，也称为线性量化量化后的样本值Y和原始值X的差E=Y-X称为量化误差或量化噪声非均匀量化非线性量化：对输入信号进行量化时，大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔。这样就可以在满足精度要求的情况下用较少的位数来表示。声音数据还原时，采用相同的规则。在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系，一种称为m律压扩(companding)算法，另一种称为A律压扩算法。采样频率为8kHz，样本精度为13位、14位或者16位的输入信号，使用m律压扩编码或者使用A律压扩编码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出的数据率为64kb/s。这就是CCITT推荐的G.711标准。m律压扩和A律压扩m律压扩：北美和日本等地区13位PCM编码转换城8位。A律压扩欧洲和中国大陆等地区，14位PCM编码转换城8位输出信号均为64Kb/sPCM在通信中的应用提高线路利用率通常用下面两种方法频分多路复用:把传输信道的频带分成好几个窄带，每个窄带传送一路信号。例如，一个信道的频带为1400Hz，把这个信道分成4个子信道(subchannels)：820～990Hz,1230～1400Hz,1640～1810Hz和2050～2220Hz，相邻子信道间相距240Hz，用于确保子信道之间不相互干扰。每对用户仅占用其中的一个子信道。这是模拟载波通信的主要手段。时分多路复用:把传输信道按时间来分割，为每个用户指定一个时间间隔，每个间隔里传输信号的一部分，这样就可以使许多用户同时使用一条传输线路。这是数字通信的主要手段。例如，话音信号的采样频率f＝8000Hz，它的采样周期＝125ms，这个时间称为1帧(frame)。在这个时间里可容纳的话路数有两种规格：24路制和30路制。PCM在通信中的应用PCM在通信中的应用PCM在通信中的应用预测编码预测编码(PredictionCoding)：是指利用前面的一个或多个信号对下一个信号进行预测，然后对实际值和预测值的差进行编码。两种典型的预测编码：差分脉码调制（DPCM）自适应差分脉码调制（ADPCM）DPCMDPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。原始的模拟信号经过时间采样，然后对每一样值进行量化，作为数字信号传输。这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。差分脉码调制(DPCM)DPCM不对每一样值都进行量化，而是预测下一样值，并量化实际值和预测值之间的差。DPCM是基本的编码方法之一，在大量的压缩算法中被采用，比如JPEG的DC分量就是采用DPCM编码的。DPCM对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示。DPCM这种调制方式的主要特点是把增量值分为个等级，然后把个不同等级的增量值编为位二进制代码()再送到信道传输，因此，它兼有增量调制和PCM的各自特点。设这个误差电压经过量化后变为个电平中的一个，电平间隔可以相等，也可以不等，这里认为它是间隔相等的均匀量化。量化了的误差电压经过脉冲调制器变为PAM脉冲序列，这个PAM信号一方面经过PAM编码器编码后得到DPCM信号发送出去。另一方面把它经过积分器后变为与输入信号x(t)进行比较，通过相减器得到误差电压e(t)。DPCM实验表明，经过DPCM调制后的信号，其传输的比特率要比PCM的低，相应要求的系统传输带宽也大大地减小了。此外，在相同比特速率条件下，DPCM比PCM信噪比也有很大的改善。与ΔM相比，由于它增多了量化级，因此，在改善量化噪声方面优于ΔM系统。DPCM的缺点是易受到传输线路上噪声的干扰，在抑制信道噪声方面不如ΔM。ADPCMAdpcm是自适应差分脉冲编码调制的简称，最早使用于数字通信系统中。该算法利用了语音信号样点间的相关性，并针对语音信号的非平稳特点，使用了自适应预测和自适应量化，在32kbps◎8khz速率上能够给出网络等级话音质量。ADPCM为了进一步改善量化性能或压缩数据率，可采用自适应量化或自适应预测的方法。只要采用了其中的任一种自适应方法，均称为ADPCM。自适应预测：预测参数的最佳化依赖于信源的统计特性，要得到最佳的预测参数是一件繁琐的工作。而采用固定的预测参数往往又得不到好的性能。为了既能使性能较佳，又不致于有太大的工作量，可以将上述两种方法折衷考虑，采用自适应预测ADPCM现在我们使用的是IMAADPCM算法，该算法中对量化步长的调整使用了简单的查表方法，对于一个输入的PCM值X(n)，将其与前一时刻的X(n-1)预测值做差值得到d(n)，然后根据当前的量化步长对d(n)进行编码，再用此sample点的编码值调整量化步长，同时还要得到当前sample点的预测值供下一sample点编码使用。通过此算法可将样点编码成4bit的码流，一个符号位和三个幅度位。ADPCM该算法较简单，通过查表简化了运算。对于编码后的数据我们采用了wav文件格式，该格式对编码后的数据流进行了包装，由文件头和数据码流组成，文件头中指出了音频数据所采用格式、采样率、比特率、块长度、比特数及声道数等信息。数据码流以块为单位，块头指出了该块起始的预测值和index值，码流中每byte的高四位和低四位分别对应一个PCM。当前该算法以其简单实用的特点广泛应用到数字音乐盒和数字录音笔中。自适应差分脉码调制(ADPCM)具体方法是：预测参数仍采用固定的；但此时有多组预测参数可供选择。这些预测参数根据常见的信源特征求得。编码时具体采用哪组预测参数根据信源的特征来自适应的确定。为了自适应地选择最佳参数，通常将信源数据分区间编码，编码时自动地选择一组预测参数，使该区间实际值与预测值的均方误差最小。随着编码区间的不同，预测参数自适应的变化，以达到准最佳预测。自适应量化：根据信号分布不均匀的特点，系统具有随输入信号的变化而改变量化区间大小,以保持输入给量化器的信号基本均匀的能力，这种能力称为自适应量化。增量调制与自适应增量调制增量调制(DM)增量调制也称△调制(deltamodulation，DM)，它是一种预测编码技术，是PCM编码的一种变形。PCM是对每个采样信号的整个幅度进行量化编码，因此它具有对任意波形进行编码的能力；DM是对实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性进行编码，将极性变成“0”和“1”这两种可能的取值之一。如果实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性为“正”，则用“1”表示；相反则用“0”表示，或者相反。由于DM编码只须用1位对话音信号进行编码，所以DM编码系统又称为“1位系统”。增量调制(DM)在输入信号变化快的区域，斜率过载是关心的焦点，而在输入信号变化慢的区域，关心的焦点是粒状噪声。为了尽可能避免出现斜率过载，就要加大量化阶Δ，但这样做又会加大粒状噪声；相反，如果要减小粒状噪声，就要减小量化阶Δ，这又会使斜率过载更加严重。这就促进了对自适应增量调制(adaptivedeltamodulation，ADM)的研究自适应增量调制(ADM)基本方法：在检测到斜率过载时开始增大量化阶Δ，而在输入信号的斜率减小时降低量化阶Δ。例如，宋(Song)在1971描述的自适应增量调制技术中提出：假定增量调制器的输出为1和0，每当输出不变时量化阶增大50%，使预测器的输出跟上输入信号；每当输出值改变时，量化阶减小50%，使粒状噪声减到最小，这种自适应方法使斜率过载和粒状噪声同时减到最小。又如，使用较多的另一种自适应增量调制器是由格林弗基斯(Greefkes)1970提出的，称为连续可变斜率增量调制(continuouslyvariableslopedeltamodulation，CVSD)。它的基本方法是：如果连续可变斜率增量调制器(continuouslyvariableslopedeltamodulator，CVSD)的输出连续出现三个相同的值，量化阶就加上一个大的增量，反之，就加一个小的增量。自适应差分脉冲编码调制自适应脉冲编码调制(adaptivepulsecodemodulation，APCM)是根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术。这种自适应可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。改变量化阶大小的方法有两种：一种称为前向自适应(forwardadaptation)，另一种称为后向自适应(backwardadaptation)。前向自适应：根据未量化的样本值的均方根值来估算输入信号的电平，以此来确定量化阶的大小，并对其电平进行编码作为边信息(sideinformation)传送到接收端。后向自适应：从量化器刚输出的过去样本中来提取量化阶信息。由于后向自适应能在发收两端自动生成量化阶，所以它不需要传送边信息。自适应差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制的思想：根据过去的样本去估算(estimate)下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信