Mintavételi gyakoriság
A mintavétel általában magában foglalja a fizikai mennyiség értékének rendszeres időközönként történő emelését . A mintavételi gyakoriság a minták száma egységenként.
Ha az időegység második, akkor a mintavétel gyakoriságát hertzben fejezzük ki, és ez a másodpercenkénti minták számát jelenti .
Általában egy mennyiség variációját folytonosként ábrázoljuk , vagyis egyrészt a mennyiségnek bármikor tetszőlegesen vett értéke van, másrészt bármikor létezik olyan intervallum, amelyben a variáció az összes kisebb, ahogy közelednek az idők. Gyakran előnyös a mennyiséget diszkrét értékek sorozataként ábrázolni , eltekintve attól, hogy mi történik ezeknek az értékeknek az úgynevezett mintáknak .
A mintavételi frekvencia megválasztása az általuk leírni kívánt variációk sebességétől függ.
A mintavételi gyakoriság megválasztása
A mintavételi frekvencia megválasztása attól az előzetes elképzeléstől függ, hogy a jelben mekkora lehet a legnagyobb frekvencia .
Árapály magassága:Tengeri kikötőben meg akarjuk emelni a víz magasságát.Tudjuk , hogy naponta két árapály van. Szeretnénk ellenőrizni, hogy a vízszint rendszeresen változik-e. Úgy döntünk, hogy félóránként leolvassuk a vízszintet. A mintavétel gyakorisága napi 48 minta.
Ha a SI-egységet részesítjük előnyben az idő szempontjából, amely a második, akkor azt mondjuk, hogy a mintavételi frekvencia ≈ 0,000 55 Hz .
A Nyquist-Shannon mintavételi tétel azt jelzi, hogy az F e frekvenciájú mintavétel csak információvesztés nélkül képes a ( Nyquist frekvencia ) alatti frekvenciákat továbbítani .
A mintánál nagyobb frekvenciák intermodulációs termékként jelennek meg a mintavételi frekvencia és az említett frekvenciák között. Ezt nevezzük spektrumhajtogatásnak vagy álnevezésnek ( amerikai metafora , a latin aliasból egy személy hamis neve: egy másik leple alatt újra megjelenik az a frekvencia, amelyet nem tudtunk kódolni).
Mintavételi gyakoriság beszédhez és zenéhez:A mikrofon először az akusztikus nyomást , amely a hangnak megfelelő fizikai mennyiség , átalakítja analógnak nevezett elektromos jellé , mivel annak variációi tükrözik az átadott mennyiségét.
A jel hasznos ábrázolásához másodpercenként több ezer minta szükséges.
A beszéd továbbításához elegendő egy 7 kHz-es mintavételi frekvencia , de a zene esetében nem kielégítő. Ezzel a frekvenciával csak 3500 Hz- ig képes reprodukálni a hangokat . A zongora legmagasabb C hangjának megfelelő 4200 Hz frekvenciát 7000 - 4200 = 2800 Hz frekvenciaként továbbítanák , ami nem lenne összhangban a többivel.
A nagy pontosságúnak 20 kHz- ig kell visszatérnie a frekvenciákra . Ezért 40 kHz- nél nagyobb frekvenciát kellett választani . A kompakt lemezes zenei formátum 44,1 kHz mintavételi frekvenciát biztosít , míg a DVD-n és a digitális televízióban a videóhoz társított hang 48 kHz .
A minta sebességének stabilitása
A jel pontos ábrázolása a mintáinál megköveteli a két minta közötti időszak stabilitását. Az eltérés az elméleti ideje mintagyűjtő nevezik jitter ( (en) jitter ).
Mintaátalakítás
Előfordulhat, hogy az eredetitől eltérő mintavételi frekvenciával rendelkező jelet kell képviselnie. A tervezés legegyszerűbb módja az analóg jel rekonstrukciója, mielőtt új digitalizálást végezne az új mintavételi sebességgel. Célszerű elkerülni az analóg kapcsolót, amely valószínűleg háttérzajt fog okozni , és túlságosan függ a konverterek teljesítményétől, amelyek ráadásul drágák.
Ugyanezen az elven alapul a mintaterület-átalakítás a digitális tartományban. A konvolúciós egy elegendően hosszú ablak a kardinális szinusz függvény létre az eredeti mintavételi frekvencia felvisszük a mintasorozatot . Az ablak egyes mintáinak értékeire alkalmazandó együtthatók így az idő függvényében kerülnek kiszámításra, és ismerve a minta pillanatát az ablakhoz képest az új frekvencián, kiszámítják annak értékét .
Mivel az új minta előtt és után több meglévő mintát kell figyelembe venni, a mintavételi frekvencia-átalakítás jelkésleltetést okoz, annál nagyobb az átalakítás pontosabb .
Ha az új mintavételi arány alacsonyabb, mint az eredeti, szűrje le a jelet, hogy kiküszöbölje az új mintavételi arány felét meghaladó frekvenciákat. Ez a szűrés a kardinális szinuszfunkció módosításával végezhető el a nemkívánatos frekvenciák elutasítása érdekében .
A tökéletes átalakítást garantáló elméleti folyamat jelentős késleltetést és nagy számítási teljesítményt igényel. Gyakran szükséges gyorsan átalakítani a mintavételi frekvenciát azoknál a forrásoknál, amelyekben a névleges frekvenciák megegyeznek, de a tényleges frekvenciák kissé eltérnek vagy elmozdulnak, vagy amelyekben nem nagyon különböznek egymástól, mert a jel azonos természetű. Gyorsan az ember néha elégedett egy köbös extrapolációval, amely csak az új, kiszámítandó mintát megelőző két mintát és a következő két mintát foglalja magában.
Amikor a mintavételezett jelnek több dimenziója van, a releváns köztitermékek két minta közötti kiszámításához még több számításra van szükség, és időnként kénytelenek vagyunk korlátozni magunkat egy minta másolásával vagy eltávolításával, hogy megfelelő sebességű áramlást érjünk el. Ez az eljárás a CCIR videojel 25 képkocka / másodperces sebességgel NTSC jellé konvertálásához 30 képkocka / másodperces sebességgel. Ugyanezt lehet megtenni, ha a forrásokat ugyanazon a névleges mintavételi frekvencián szinkronizáljuk.
Lásd is
Kapcsolódó cikkek
Hivatkozások
- Jacques Hervé , Elektronika digitális adásokhoz , Párizs, Ed. Marketing, koll. "Ellipszisek",1993, 416 p. ( ISBN 2-7298-9336-9 ) , p. 348-350.
- (in) A. Parker , " A mintavételi frekvencia átalakítás, minta csúszás, és pichchanging VARISPEED " , digitális audio bemutató , Audio Engineering Society,1991, P. 69 ( online olvasás ).
- (in) S. Cucchi F. Desinan G. Parladori és G. Sicuranza , " DSP végrehajtása önkényes mintavételi frekvencia konverzió jó minőségű hangot végrehajtása " , Akusztika, beszéd és jelfeldolgozás , IEEE ,1991( online előadás ).
- Parker 1991 , p. 70.