Раздел: Документация
0 ... 2 3 4 5 6 7 8 ... 117 отличаться от исходной. Такие ошибки на слух могут восприниматься как искажения ("цифровая" окраска звука). и<вн Исходный звуковой сигнал U (В) 0000 Выборки  Шаг квантования I 0001 I 0010 0011 0101 0110 I 0100 0100 0100 0110 0111 JUfinJUULfUl Звуковой сигнал на выходе АЦП, представленный в виде последовательности импульсов  Сигнал на выходе ЦАП Сигнал на выходе ФНЧ Рис. 1.1. Процессы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований звукового сигнала  Шаг квантования Рис. 1.2. Появление погрешности в процессе квантования аналогового сигнала Рассмотренный пример демонстрирует, что представление аналогового сигнала в виде последовательности двоичных чисел по своей природе является аппроксимированным процессом. Разность между фактическим значением аналогового сигнала и представляющим его двоичным числом с конечным количеством разрядов называется погрешностью квантования или шумом квантования. Шум квантования уменьшается с уменьшением шага квантования. Величина шума квантования ничтожно мала только при большом уровне аналогового сигнала. Это объясняется тем, что уровни квантования представляют собой сетку дискретных значений двоичных чисел от 0000 до числа 1М, имеющего 16 разрядов. Именно для преобразования сигнала только с большим уровнем используются шестнадцатиразрядные двоичные числа. Для кодирования малых сигналов используются 4-5-разрядные числа, вследствие чего повышается уровень шума, воспринимаемый как искажения. (Эти искажения, присущие "цифровому" звуку, слышны как зернистость в затухающем сигнале). Такие параметры как сигнал/шум (S/N), коэффициент гармонических искажений (ТИП), указанные в паспорте на проигрыватели компакт-дисков, измеряются производителем при сигнале максимального уровня, когда они имеют минимальное значение. В реальной звуковой программе музыкальный сигнал не часто достигает максимального уровня, поэтому будет иметь место шум квантования, уровень которого обратно пропорционален уровню аналогового сигнала. Разработчики цифровой аудиотехники нашли метод ослабления шумов квантования. Этот метод заключается в подмешивании к звуковому сигналу небольшого количества "белого" шума — дифера. Амплитуда такого шума практически одинакова в необходимом диапазоне частот. Наличие дифера снижает погрешности, вносимые процессом квантования, но отношение сигнал/шум при этом незначительно ухудшается. В рассматриваемых примерах использовалось линейное квантование, т.е. квантование с постоянным шагом. Возможен также вариант квантования с переменным шагом, при котором для слабых сигналов используется очень малый шаг квантования, а по мере увеличения уровня сигнала шаг квантования будет увеличиваться. Метод нелинейного квантования дает лучшее отношение сигнал/шум по сравнению с линейным квантованием, хотя ему также присущи недостатки. Помимо разрядности квантования важнейшим параметром формата Compact Disc Digital Audio является частота дискретизации, от которой зависит верхняя граничная частота кодируемого в цифровую форму звукового сигнала. Эта зависимость была установлена инженером Г. Найквистом и выражается следующим образом: при дискретизации по времени минимальная частота дискретизации должна быть по крайней мере в два раза выше верхней граничной частоты кодируемого сигнала, т.е. F = 2f 1 н -в. rp- В представленной формуле FH — это минимально возможная частота дискретизации, называемая также частотой Найквиста, a fB гр — верхняя граничная частота звукового диапазона. На практике частоту дискретизации Fa выбирают, руководствуясь следующим соотношением: Fa =(2,1...2,4)fBrp. В случае его несоблюдения, если верхняя граничная частота будет выше половины частоты дискретизации, в спектре сигнала будут присутствовать искажения. Исходя из вышесказанного, в формате Compact Disc Digital Audio частота дискретизации принята равной 44100 Гц. В связи с тем, что спектр цифрового сигнала имеет периодическую структуру и повторяется вокруг частот, кратных частоте дискретизации (рис. 1.3), выбрано ограничение верхней граничной частоты сигнала значением 20000 Гц. а)  , 2,05 кГц  Рис. 1.3. Спектр аналогового сигнала после процесса дискретизации: а — без ФНЧ; б — с ФНЧ Интервал 2,05 кГц необходим, чтобы в него поместить срез АЧХ фильтра низких частот, включенного на входе тракта аналого-цифрового преобразования. ФНЧ предотвращает появление паразитных ВЧ-компонентов, представляющих собой повторения полезного спектра. Как уже было сказано, устройства, в-х-01101 которых происходят процессы "оцифровки" аналогового сигнала, называются АЦП. Структурная схема такого устройства показана на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Функциональная схема блока АЦП 0 ... 2 3 4 5 6 7 8 ... 117
|
|||||||||||||||||||||
