Определить шаг квантования по амплитуде
Квантование - разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов. Существует также векторное квантование - разбиение пространства возможных значений векторной величины на конечное число областей. Простейшим видом квантования является деление целочисленного значения на натуральное число, называемое коэффициентом квантования.
Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть, разбивает по уровню сигнала (на графике — по вертикали). Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.
Квантование часто используется при обработке сигналов, в том числе при сжатии звука и изображений.
При оцифровке сигнала количество уровней квантования называют также глубиной дискретизации или разрядностью. Глубина дискретизации измеряется в битах и обозначает количество бит в двоичном слове, выражающих амплитуду сигнала. Чем больше глубина дискретизации и чем больше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому. В случае однородного квантования глубину дискретизации называют также динамическим диапазоном и измеряют в децибелах (1 бит ≈ 6 дБ).
|
|
|
Виды квантования.
Однородное (линейное) квантование — разбиение диапазона значений на отрезки равной длины. Его можно представлять как деление исходного значения на постоянную величину (шаг квантования) и взятие целой части от частного.
Квантование по уровню - представление величины отсчётов цифровыми сигналами. Для квантования в двоичном коде диапазон напряжения сигнала от до делится на интервалы. Величина получившегося интервала (шага квантования).
Каждому интервалу присваивается {\displaystyle n}- разрядный двоичный код — номер интервала, записанный двоичным числом. Каждому отсчёту сигнала присваивается код того интервала, в который попадает значение напряжения этого отсчёта. Таким образом, аналоговый сигнал представляется последовательностью двоичных чисел, соответствующих величине сигнала в определённые моменты времени, то есть цифровым сигналом. При этом каждое двоичное число представляется последовательностью импульсов высокого (1) и низкого (0) уровня.
На данный момент, в звуковой технике среднего уровня глубина дискретизации находится в пределах 10-12 бит. Но на слух заметить разницу между 10 и 12 битами не представляется возможным в связи с тем, что человеческое ухо не способно различить такие малые отклонения. Еще одной причиной бесполезности служит Коэффициент нелинейных искажений УМЗЧ и других компонентов звукового тракта, явно превышающий величину шага квантования.
|
|
|
Большее разрешение зачастую носит лишь маркетинговый смысл и фактически на слух не заметно.
Квантование по амплитуде – это процесс замены реальных значений амплитуды сигнала, приближенными значениями.
Значение амплитуды (напряжение в вольтах) округляется до ближайшего кванта, по порядку записанного в двоичной системе.
Рис. 2.3. Шум квантования.
Цифровой диапазон квантователя (АЦП) = расстояние, количество дБ от 0 дБ (старший квант) вниз до шума квантования.
Клиппинг –перегрузка сигнала на входе квантователя, динамический диапазон входного сигнала больше цифрового диапазона АЦП. Выражается в аудиопомехах, искажениях даже при малой степени клипирования.
Шум квантования – разница между входным аналоговым сигналом и преобразованным цифровым выходом. Чем выше разрядность тем меньше уровень шума квантования = шире цифровой диапазон: А (уровень шума квантования)= N (количество бит) умноженное на 6дБ.
|
|
|
1 бит = 2 кванта = -6дБ
8 бит = 256 квантов = -48 дБ
16 бит = 65536 квантов = -96 дБ (на практике на более -70 дБ, на низких уровнях шум прослушивается)
20 бит = 16455676 квантов = -120дБ
Обратная зависимость частоты дискретизации от уровня квантования: 16 бит – 44.1 кГц = 15 бит – 44.1кГЦ умножить на 4.
Малый уровень входного сигнала = ни все уровни квантователя используются = результат сравним с пониженной разрядностью. Входной сигнал по уровню должен максимально использовать цифровой диапазон АЦП = применение компрессии до АЦП.
Дизеринг – маскировка шума квантования.
Шум квантования – «белый шум» (с ровной АЧХ) = корреляция (взаимосвязь) – влияниешума квантование на полезный сигнал (вычитоние ВЧ составляющих полезного сигнала) = мутность.
Дизеринг – добавочный сигнал, маскирующий шум квантования, нарушающий корреляцию шума и полезного сигнала. Формовка шума (noise shaping) – моделирование шума с определенным спектров ( кривые равной громкости). Применение дизеринга должно быть обоснованно.
Транкейт – операция понижения разрядности ( с 32 бит на 16 бит). При неоднократном транкейте (часто происходит при использовании разноразпядных обработок в одном проекте) шум квантования увеличивается и становится явным => построение корректной последовательности, использование дизеринга.
|
|
|
Решение:
У аналогового сигнала на входе ОЦК ЦТС есть определённый диапазон изменения мгновенных значений. При этом устройство квантования входного сигнала рассчитывается на представление каждого интервала изменения напряжения входного сигнала в виде цифровой кодовой комбинации с числом разрядов m. Для определения шага квантования необходимо пересчитать динамический диапазон в интервал напряжений. Затем, определив количество интервалов квантования с помощью числа разрядов из предыдущего задания, надо разделить максимальное напряжение диапазона на количество интервалов квантования.
Решение:
Пересчёт динамического диапазона в интервал напряжений:
(2.2.1)
Количество интервалов квантования:
(2.2.2)
Шаг квантования по амплитуде:
(2.2.3)
Ответ:
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2804; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!