Was ist Oversampling?


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Was ist Oversampling?

oversampling

Dabei wird ein Signal mit einer Frequenz abgetastet, die höher als die Grundfrequenz ist.

oversampling

Probenahme. Oversampling kann durch Upsampling analog sein
Abtastung des ursprünglichen oder digitalen Signals, wenn
ja, zwischen vorhandenen digitalen Samples zusätzlich
nal, berechnet durch Interpolation. Ein anderer Weg, um Wissen zu erwerben
Zwischenlesevorgänge bestehen aus dem Einfügen von Nullen, danach alle
Die Sequenz wird digital gefiltert. Der ADC verwendet-
Xia analoges Oversampling auf dem DAC – digital.

Oversampling wird verwendet, um ADC- und DAC-Designs zu vereinfachen. Durch
Fehlerbedingungen am ADC-Eingang und am DAC-Ausgang müssen eingestellt werden
logarithmisches Filter mit Frequenzgang, linear im Betriebsbereich und steil abfallend
außerhalb von ihr. Die Implementierung eines solchen analogen Filters ist recht komplex;
gleichzeitig mit zunehmender Abtastfrequenz die Reflexion
das Spektrum bewegt sich proportional vom Hauptsignal weg und a
Der Log-Filter kann eine viel geringere Scherneigung aufweisen.

Ein weiterer Vorteil der Überabtastung besteht darin, dass die Amplitudenfehler
enge Quantisierung (Quetschrauschen) über das gesamte Spektrum verteilt
quantisiertes Signal durch Erhöhen der Abtastfrequenz verteilen
über ein breiteres Frequenzband, so dass der Hauptklanganteil
Das Signal hat weniger Rauschen. Jede Frequenz wird verdoppelt
reduziert den Quantisierungsrauschpegel um 3 dB; aus einer binären Zeit
Der Bereich entspricht 6 dB Rauschen, wobei jedes Vierfache der Frequenz dies zulässt
die Kapazität des Konverters um eins zu reduzieren.

Überabtastung zusammen mit zunehmender Abtastbittiefe, Interpolation
genauere Messwerte und deren Ausgabe an den DAC
Mit der Bittiefe können Sie die Qualität der Klangwiederherstellung leicht verbessern.
Signal. Aus diesem Grund ist dies auch auf 16-Bit-Systemen nicht ungewöhnlich
Es werden 18-Bit- und 20-Bit-Oversampling-DACs verwendet.

ADC und DAC mit Oversampling aufgrund einer signifikanten Zeitverkürzung
Keine der Transformationen kann ohne ein Such- und Speicherschema auskommen.


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Was ist ADC und DAC?

Was ist ADC und DAC?

ADC DAC

Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler.

ADC DAC

Die erste Konvertierung
wandelt ein analoges Signal in einen digitalen Amplitudenwert um, der zweite führt durch
inverse Transformation. In der englischsprachigen Literatur werden die Begriffe verwendet
ADC und DAC, und der kombinierte Konverter heißt Codec
(Codec).

Das Arbeitsprinzip des ADC besteht darin, den Pegel des Eingangssignals und des Ausgangs zu messen
Das Ergebnis in digitaler Form. Infolge der ADC-Operation wird eine kontinuierliche
Ein analoges Signal wird bei gleichzeitiger Messung in einen Impuls umgewandelt
Die Amplitude jedes Impulses. Der DAC empfängt am Eingang einen digitalen Wert
Amplitude und gibt Spannungs- oder Stromimpulse der erforderlichen Größe am Ausgang aus
befindet sich hinter dem Integrator (Analogfilter)
es wird ein kontinuierliches analoges Signal.

Für einen ordnungsgemäßen ADC-Betrieb darf sich das Eingangssignal während nicht ändern
Konvertierungszeit, sodass Ihre Eingabe normalerweise platziert wird
eine Sample-Hold-Schaltung, die den momentanen Signalpegel erfasst und speichert
verletzte ihn während der Transformationszeit. DAC-Ausgang
Eine ähnliche Schaltung kann ebenfalls installiert werden, wodurch der Einfluss von unterdrückt wird
Führen Sie Prozesse innerhalb des DAC mit den Parametern des Ausgangssignals aus.

Mit der Zeitabtastung wird das Spektrum des empfangenen Impulssignals in
sein unterer Teil 0..Fa wiederholt das Spektrum des ursprünglichen Signals und darüber
enthält eine Reihe von Reflexionen (auch bekannt als Spiegelspektren), die gefunden werden
Sie werden um die Abtastrate Fd und ihre Harmonischen (Seitenbänder) gelegt.
In diesem Fall ist die erste Reflexion des Spektrums der Frequenz Fd im Fall von Fd = 2Fa
basiert direkt hinter der ursprünglichen Signalbandbreite und erfordert
Ihr Anti-Alias-Filter mit einem High
die Dicke des Schnitts. Im ADC wird dieser Filter am Eingang installiert, um ihn auszuschließen
überlappende Spektren und deren Interferenz sowie im DAC – am Ausgang, der
Überzeitliches Rauschen, das durch die Zeit in das Ausgangssignal eingeführt wird
Resampling.

Wie unterscheidet sich die digitale Darstellung von Signalen von der analogen?

Wie unterscheidet sich die digitale Darstellung von Signalen von der analogen?

Digital Communication - Analog to Digital - Tutorialspoint

Die traditionelle analoge Darstellung von Signalen basiert auf Ähnlichkeit
(Ähnlichkeit) elektrische Signale (Änderungen von Strom und Spannung)
die ersten Signale, die sie präsentieren (Schalldruck, Temperatur,
Geschwindigkeit usw.) sowie die Ähnlichkeit der Formen elektrischer Signale unterschiedlich
persönliche Punkte entlang des Verstärkungs- oder Übertragungswegs. Elektrischer Weg
welche Kurve beschreibt (auch Übertragung genannt) das ursprüngliche Signal,
so nah wie möglich an der Wellenform dieses Signals.

What is the criteria for a signal to be a analog signal? - Quora

Diese Darstellung ist die genaueste und dennoch geringste Verzerrung der Form
Das Tragen eines elektrischen Signals beinhaltet zwangsläufig dasselbe
Verzerrung der Form und des übertragenen Signals. In Bezug auf die Informationstheorie,
Die Informationsmenge im Trägersignal entspricht genau der Menge
Informationen im Originalsignal, und die elektrische Darstellung enthält nicht
Es gibt Redundanz, die das übertragene Signal vor dem Sein schützen könnte
Speicherung, Übertragung und Verstärkung.

Die digitale Darstellung elektrischer Signale soll hinzufügen
Redundanz, die vor den Auswirkungen parasitärer Störungen schützt. Dafür-
Das elektrische Signal des Trägers wird ernsthaft eingeschränkt.
– seine Amplitude kann nur zwei Grenzwerte annehmen – 0 und
1. Der gesamte Bereich möglicher Amplituden ist in diesem Fall in drei Bereiche unterteilt: den unteren
ny steht für Nullwerte, der obere für Einsen und der Zwischenwert
Naya ist verboten, nur Störungen können eintreten.
Daher jede Störung, deren Amplitude weniger als die Hälfte der Amplitude beträgt
Wenn sich das Trägersignal befindet, hat dies keinen Einfluss auf die korrekte Übertragung
Werte 0 und 1. Interferenzen mit einer höheren Amplitude wirken sich ebenfalls nicht aus
wenn die Dauer des Interferenzimpulses merklich kürzer als die Dauer ist
Informationsimpuls und ein Filter ist am Eingang des Empfängers installiert.
Pulsstörung.

Das so gebildete digitale Signal kann jedes tragen
nützliche Informationen, die als Sequenz codiert sind
Bits: Nullen und Einsen; Sonderfälle solcher Informationen sind
elektrische und akustische Signale. Hier wird die Menge an Informationen übertragen
Das digitale Signal ist viel mehr als eine codierte Ausgabe
nom, so dass das Trägersignal eine gewisse Redundanz in Bezug auf aufweist
Original und jede Verzerrung der Wellenform des Trägersignals, wenn
Dadurch bleibt der Empfänger weiterhin in der Lage, Nullen korrekt zu unterscheiden
und die Einheiten beeinflussen die Zuverlässigkeit der von diesem Signal übertragenen Informationen nicht.
Formationen. Bei erheblichen Störungen ist jedoch die Wellenform
kann verzerrt sein, so dass die genaue Übertragung der übertragenen Informationen
wird unmöglich: Fehler erscheinen darin, die mit einem einfachen
Codierungsmethode kann der Empfänger nicht nur korrigieren, sondern auch erkennen
schießen.

Weitere Verbesserung der Störfestigkeit des digitalen Signals gegen Störungen und Nutzung
Es scheint, dass redundante digitale Codierung von zwei Typen verwendet wird:
richtig (EDC – Error Detection Code) und
richtig (ECC – Fehlerkorrekturcode)
Codes. Die digitale Codierung besteht aus einer einfachen Ergänzung des Originals.
Bildung zusätzlicher Bits und / oder Transformation des ursprünglichen Bits
Ketten in einer Kette von größerer Länge und unterschiedlicher Struktur. EDC erlaubt
nur um die Tatsache des Fehlers zu erkennen – Verzerrung oder Verlust des Nutzens oder
das Auftreten einer falschen Ziffer, jedoch die in diesem Fall übertragenen Informationen
auch verzerrt; Mit ECC können Sie erkannte Fehler sofort korrigieren –
ki, wobei die transportierten Informationen unverändert bleiben. Für Komfort und Zuverlässigkeit
Die übertragenen Informationen sind in Blöcke (Rahmen) unterteilt, von denen jeder
mit einem eigenen Satz dieser Codes geliefert.

Jeder EDC / ECC-Typ hat seine eigene Kapazitätsgrenze zum Erkennen und
Fehler korrigieren, gefolgt von wieder erkannten Fehlern und
Verzerrung der übertragenen Informationen. Der Anstieg des EDC / ECC-Volumens hängt damit zusammen
Die Menge der Anfangsinformationen im allgemeinen Fall erhöht die Erkennung
die Fähigkeit, diese Codes zu korrigieren und zu korrigieren.

Wie EDC ist der beliebte zyklische Redundanzcode CRC (Cyclic
Redundanzprüfung), deren Kern die komplexe Mischung aus ist
Eingabe von Informationen in den Block und Bildung kurzer binärer Wörter,
deren Reihen in starker gegenseitiger Abhängigkeit von jedem stehen
Blockbit. Das Ändern von nur einem Bit in einem Block verursacht erhebliche Auswirkungen
die daraus berechnete Änderung des CRC und die Wahrscheinlichkeit eines solchen Bi-
Was sich am CRC nicht ändert, ist selbst für kurze Zeit extrem klein
(Einheiten in Prozent der Länge des Blocks) CRC-Wörter. Verwenden Sie als ECC
Es werden Hamming- und Reed-Solomon-Codes angegeben, die
Es enthält auch EDC-Funktionen.

Audiokodierung.

Audiokodierung.

AUDIO ENCODING

Digitales Audio ist ein analoges Audiosignal, das durch diskrete numerische Werte seiner Amplitude dargestellt wird.

audio encodig

Die Tondigitalisierung ist eine Technologie mit einem geteilten Zeitschritt und anschließender Aufzeichnung der in numerischer Form erhaltenen Werte.

Ein anderer Name für die Digitalisierung von Audio ist Analog-Digital-Audio-Konvertierung.

Die Sounddigitalisierung umfasst zwei Prozesse:

Probe (Probe) ein Signal über die Zeit
Amplitudenquantifizierungsprozess.
In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Diskretisierung der Zeit.

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Der Zeitabtastprozess ist der Prozess des Erhaltens der Werte des Signals, das konvertiert wird, mit einem bestimmten Zeitschritt: dem Abtastschritt. Die Anzahl der Messungen der Größe des Signals, die in einer Sekunde durchgeführt werden, wird als Abtastfrequenz oder Abtastrate oder Abtastfrequenz (von der englischen “Abtastung” – “Abtastung”) bezeichnet. Je niedriger der Abtastschritt ist, desto höher ist die Abtastfrequenz und desto genauer wird das Signal dargestellt, das wir erhalten.

Dies wird durch Kotelnikovs Theorem bestätigt (in der ausländischen Literatur wird es als Shannons Theorem Shannon gefunden). Ihm zufolge kann ein analoges Signal mit einem begrenzten Spektrum durch eine diskrete Folge von Werten seiner Amplitude genau beschrieben werden, wenn diese Werte mit einer Frequenz aufgenommen werden, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchste Frequenz im Spektrum des Signals. Das heißt, ein analoges Signal, bei dem die höchste Frequenz des Spektrums F m ist, kann durch eine Folge von diskreten Amplitudenwerten genau dargestellt werden, wenn F d> 2 F m für die Abtastfrequenz F d erfüllt ist.

In der Praxis bedeutet dies, dass die ausgewählte Abtastrate mindestens 40 kHz betragen muss, damit das digitalisierte Signal Informationen über den gesamten hörbaren Frequenzbereich des ursprünglichen analogen Signals (0 bis 20 kHz) enthält. Die Anzahl der Amplitudenmessungen pro Sekunde wird als Abtastrate bezeichnet (wenn der Abtastschritt konstant ist).

Die Hauptschwierigkeit der Digitalisierung ist die Unfähigkeit, die gemessenen Signalwerte mit perfekter Präzision aufzuzeichnen.

Analog-Digital-Wandler (ADC).

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Der obige Vorgang zum Digitalisieren von Ton wird unter Verwendung von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) durchgeführt.

Diese Transformation umfasst die folgenden Operationen:

Die Bandbreitenbegrenzung erfolgt durch ein Tiefpassfilter, um Spektralkomponenten zu unterdrücken, die mehr als die Hälfte der Abtastrate betragen.
Zeitdiskretisierung, dh Ersetzung eines kontinuierlichen Analogsignals durch eine Folge seiner Werte zu diskreten Zeitpunkten: Abtastwerte. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer speziellen Schaltung am Eingang des ADC gelöst – einer Abtast- und Haltevorrichtung.
Die Pegelquantisierung ist das Ersetzen des Referenzwerts des Signals durch den nächsten Wert eines Satzes fester Werte: Quantisierungspegel.
Codierung oder Digitalisierung, wodurch der Wert jeder quantisierten Probe als eine Zahl dargestellt wird, die der Ordnungszahl der Quantisierungsstufe entspricht.
Dies geschieht wie folgt: Ein kontinuierliches analoges Signal wird in Abschnitte mit einer Abtastrate “geschnitten”, ein diskretes digitales Signal wird erhalten, das einen Quantisierungsprozess mit einer bestimmten Bittiefe durchläuft und dann codiert wird. Das heißt, es wird durch eine Folge von Codesymbolen ersetzt. Um Ton in einem Frequenzband von 20 bis 20.000 Hz aufzunehmen, ist eine Abtastfrequenz von 44,1 und höher erforderlich (heute gibt es ADCs und DACs mit einer Abtastfrequenz von 192 und sogar 384 kHz). Um eine qualitativ hochwertige Aufnahme zu erhalten, reichen 16 Bit aus. Um jedoch den Dynamikbereich zu erweitern und die Qualität der Tonaufnahme zu verbessern, werden 24 (seltener 32) Bit verwendet.

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Codierungsmethoden.

Frequenzmodulation.

Klangcodierungsmethoden (natürlich meinen wir das vom Mikrofon kommende elektrische Signal) basieren auf der Tatsache, dass theoretisch jeder komplexe Klang in eine Folge der einfachsten harmonischen Signale mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen zerlegt werden kann Eine davon ist eine Sinuskurve, die als ursprüngliches Signalspektrum bezeichnet wird. Die Aufgabe des Codierens von Ton besteht wie bei jedem anderen analogen Signal darin, ihn in Form eines anderen analogen oder digitalen Signals darzustellen, das für die Übertragung oder Speicherung in jedem speziellen Fall bequemer ist.