Digitalizace analogového signálu
Z MiS
(Rozdíly mezi verzemi)
m (Odkaz na digitální a analogový přenos) |
m (→Vzorkování (sampling): Upravena struktura, zvýrazněn příklad.) |
||
| Řádka 1: | Řádka 1: | ||
[[Category:VSE]][[Category:Informatika]][[Category:Sítě]][[Category:Stránky s obrázky]] | [[Category:VSE]][[Category:Informatika]][[Category:Sítě]][[Category:Stránky s obrázky]] | ||
| − | == Vzorkování (sampling) == | + | == Vzorkování (snímkování, sampling) == |
| − | * | + | * V pravidelných intervalech změříme velikost vstupního analogového signálu. |
| − | * | + | * Informaci o průběhu signálu mezi jednotlivými snímky ztrácíme. Na otázku, jakou minimální vzorkovací frekvenci je třeba použít, odpovídá [[Nyquistův teorém]]: |
| − | * | + | *: Abychom byli schopni zaznamenat a rekonstruovat vstupní signál s nejvyšší frekvencí ''f'' je třeba vzorkovací frekvence alespoň ''2f''. |
| − | + | * Volbou vzorkovací frekvence tedy omezujeme maximální frekvenci vstupního analogového signálu, kterou zachytíme a přeneseme. | |
| − | + | ||
| + | <div class="Priklad"> | ||
| + | ; Příklad — digitální záznam zvuku | ||
| + | * Vstupním analogovým signálem může být například napětí na svorkách mikrofonu při záznámu zvuku. | ||
| + | * Pro zvuk v CD kvalitě obvykle používáme frekvenci vzorkování 44 nebo 48 kHz, v IP telefonii obvykle nižší (22 kHz, 11 kHz, 8 kHz) | ||
| + | * Při použití vzorkovací frekvence 44 kHz („CD kvalita“) můžeme podle Nyquistova teorému rekonstruovat zvuk s maximální frekvencí 22 kHz, což odpovídá zhruba rozsahu, který je schopno vnímat lidské ucho. | ||
| + | </div> | ||
== Diskretizace (kvantování, quantization) == | == Diskretizace (kvantování, quantization) == | ||
Verze z 14. 11. 2016, 06:54
Obsah |
Vzorkování (snímkování, sampling)
- V pravidelných intervalech změříme velikost vstupního analogového signálu.
- Informaci o průběhu signálu mezi jednotlivými snímky ztrácíme. Na otázku, jakou minimální vzorkovací frekvenci je třeba použít, odpovídá Nyquistův teorém:
- Abychom byli schopni zaznamenat a rekonstruovat vstupní signál s nejvyšší frekvencí f je třeba vzorkovací frekvence alespoň 2f.
- Volbou vzorkovací frekvence tedy omezujeme maximální frekvenci vstupního analogového signálu, kterou zachytíme a přeneseme.
- Příklad — digitální záznam zvuku
- Vstupním analogovým signálem může být například napětí na svorkách mikrofonu při záznámu zvuku.
- Pro zvuk v CD kvalitě obvykle používáme frekvenci vzorkování 44 nebo 48 kHz, v IP telefonii obvykle nižší (22 kHz, 11 kHz, 8 kHz)
- Při použití vzorkovací frekvence 44 kHz („CD kvalita“) můžeme podle Nyquistova teorému rekonstruovat zvuk s maximální frekvencí 22 kHz, což odpovídá zhruba rozsahu, který je schopno vnímat lidské ucho.
Diskretizace (kvantování, quantization)
- naměřenou hodnotu zapíšeme jako číslo s omezenou délkou (počet bitů)
- pro zvuk v CD kvalitě obvykle pro zápis hodnoty použijeme 16 bitů, pro IP telefonii stačí opět nižší (8 b)
- pro 16 bitů máme max. 216 povolených hodnot.
- tím, že změřenou hodnotu „zaokrouhlíme“ k nejbližší diskrétní hodnotě, vzniká tzv. „kvantizační šum“ (neukládáme přesně hodnotu, kterou jsme naměřili, ale nejbližší povolenou hodnotu)
- počet použitých hodnot udává maximální dosažitelný odstup signál-šum (SNR: sound-to-noise ratio) pro kvantizaci na N bitů podle vzorce
SNR [dB] = 6,02 N - 1,73
Diagram — příklad
- Předpokládáme digitalizaci analogového signálu, jehož časový průběh je na diagramu.
- Snímkovací frekvence je v diagramu naznačena červenými svislými čarami (okamžiky měření na časové ose).
- Používáme kvantování na 4 bity, tedy zvolíme hladiny 0000 ... 1111 (v obrázku zobrazeny jen liché hladiny).
