Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Resampling (audio) )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Преобразование частоты дискретизации - это процесс изменения частоты дискретизации дискретного сигнала для получения нового дискретного представления лежащего в основе непрерывного сигнала . [1] Области применения включают масштабирование изображения [2] и аудиовизуальные системы, в которых могут использоваться разные частоты дискретизации по техническим, экономическим или историческим причинам.

Например, системы цифрового аудио компакт-диска и цифровой аудиоленты используют разную частоту дискретизации, а американское телевидение, европейское телевидение и фильмы используют разную частоту кадров . Преобразование частоты дискретизации предотвращает изменения скорости и высоты тона , которые в противном случае произошли бы при передаче записанного материала между такими системами.

В пределах определенных доменов или для конкретных преобразований, также используются следующие альтернативные термины для преобразования частоты дискретизации: преобразование частоты дискретизации , алгоритм дискретизации , повышающей дискретизации , понижающей дискретизации , интерполяции , прореживание , апскейлинг , даунскейлинга . Термин многоскоростная цифровая обработка сигналов иногда используется для обозначения систем, которые включают преобразование частоты дискретизации.

Методы [ править ]

Концептуальные подходы к преобразованию частоты дискретизации включают: преобразование в аналоговый непрерывный сигнал, затем повторную дискретизацию с новой частотой или вычисление значений новых отсчетов непосредственно из старых отсчетов. Последний подход более удовлетворителен, поскольку он вносит меньше шума и искажений. [3] Два возможных метода реализации:

  1. Если соотношение двух частот дискретизации равно (или может быть приблизительно выражено) [A] [4] фиксированным рациональным числом L / M : сгенерируйте промежуточный сигнал, вставив L - 1 нулей между каждой из исходных выборок. Фильтр нижних частот этого сигнала на половину нижней из двух скоростей. Выберите каждую M -й выборку из отфильтрованного вывода, чтобы получить результат. [5]
  2. Рассматривайте образцы как геометрические точки и создавайте любые необходимые новые точки с помощью интерполяции. Выбор метода интерполяции - это компромисс между сложностью реализации и качеством преобразования (в соответствии с требованиями приложения). Обычно используется являются: ZOH (для пленки / видеокадров), кубические (для обработки изображений) и оконным синк функции (для аудио).

Два метода математически идентичны: выбор функции интерполяции во второй схеме эквивалентен выбору импульсной характеристики фильтра в первой схеме. Линейная интерполяция эквивалентна треугольной импульсной характеристике; Windowed sinc приближается к фильтру кирпичной стены (он приближается к желаемому фильтру «кирпичная стена» по мере увеличения количества точек). Длина импульсной характеристики фильтра в методе 1 соответствует количеству точек, используемых при интерполяции в методе 2.

В методе 1 медленное предварительное вычисление (такое как алгоритм Ремеза ) может использоваться для получения оптимальной (для требований приложения) конструкции фильтра. Метод 2 будет работать в более общих случаях, например, когда соотношение частот дискретизации нерационально, или когда необходимо использовать два потока в реальном времени, или когда частоты дискретизации меняются во времени.

См. Прореживание и повышающую дискретизацию для получения дополнительной информации о конструкции / реализации фильтра преобразования частоты дискретизации.

Примеры [ править ]

Кино и телевидение [ править ]

В медленных сканировании телевизионных сигналов от Аполлона миссий Луны были преобразованы в обычные ставки телевидения для зрителей дома. Схемы цифровой интерполяции в то время не применялись, поэтому использовалось аналоговое преобразование. Это было основано на просмотре телекамерой монитора, отображающего изображения с медленной разверткой Apollo. [6]

Фильмы (снятые с частотой 24 кадра в секунду) преобразуются в телевизионные (примерно 50 или 60 полей [B] в секунду). Например, чтобы преобразовать фильм с 24 кадрами в секунду в телевизионный со скоростью 60 кадров в секунду, альтернативные кадры фильма показываются 2 и 3 раза соответственно . Для систем с частотой 50 Гц, таких как PAL, каждый кадр отображается дважды. Поскольку 50 - это не совсем 2 × 24, фильм будет работать на 50/48 = 4% быстрее, а высота звука будет на 4% выше, эффект, известный как ускорение PAL . Это часто принимается для простоты, но возможны более сложные методы, которые сохраняют время и высоту звука. Каждый двенадцатый кадр может повторяться 3 раза, а не дважды, или цифровая интерполяция (см. Выше) может использоваться ввидео масштабатор .

Аудио [ править ]

Аудио на компакт-диске имеет частоту дискретизации 44,1 кГц; чтобы передать его на цифровой носитель, который использует 48 кГц, можно использовать способ 1, описанный выше, с L = 160, M = 147 (поскольку 48000/44100 = 160/147). [5] Для обратного преобразования значения L и M меняются местами. Как указано выше, в обоих случаях фильтр нижних частот должен быть установлен на 22,05 кГц.

См. Также [ править ]

Преобразование частоты дискретизации в нескольких измерениях:

  • Многомерная интерполяция

Методы и обработка, которые могут включать преобразование частоты дискретизации:

  • Передискретизация
  • Транскодирование

Заметки [ править ]

  1. ^ Например, иррациональное соотношение 2 1/12 , соответствующее одному полутону равной темперации, может быть приблизительно равно 196/185 (примерно 0,99994 полутона).
  2. ^ Поле - это половина чересстрочного кадра - только нечетные или четные строки.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Оппенгейм, Алан В .; Шафер, Рональд В .; Бак, Джон Р. (1999). Дискретно-временная обработка сигналов (2-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 0-13-754920-2.Также доступно на https://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_24/ourdev_523225.pdf
  2. ^ Лайонс, Ричард (2010). «10. Преобразование частоты дискретизации». Понимание цифровой обработки сигналов . Прентис Холл. ISBN 978-0137027415. При обработке спутниковых и медицинских изображений преобразование частоты дискретизации необходимо для улучшения изображения, изменения масштаба и поворота изображения.
  3. ^ Антониу, Андреас (2006). Цифровая обработка сигналов . Макгроу-Хилл. п. 830. ISBN 0-07-145424-1. Альтернативный и более удовлетворительный подход ...
  4. ^ Партч, Гарри (2009). Генезис музыки (второе изд.). Da Capo Press. п. 101. ISBN 978-0306801068. Соотношения «равных полутонов» с прогрессивной точностью: 18/17, 89/84, 196/185.
  5. ^ a b Rajamani, K .; Йхан-Сен Лай; Борозда, CW (2000). «Эффективный алгоритм преобразования частоты дискретизации с CD в DAT» (PDF) . Письма об обработке сигналов IEEE . 7 (10): 288. DOI : 10,1109 / 97,870683 .
  6. ^ Билл Вуд (2005). "Аполлон Телевидение" (PDF) . НАСА. См. Раздел «Использование преобразователя медленной развертки RCA».

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Crochiere, RE; Рабинер, Л.Р. (1983). Многоскоростная цифровая обработка сигналов . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 0136051626.

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница передискретизации цифрового аудио
  • Многоскоростная обработка и преобразование частоты дискретизации: Учебное пособие
  • В поисках идеального ресамплера (PDF)
  • Цифровая передискретизация с использованием полиномиальной интерполяции. Фильтр Фарроу
  • Использование фильтра Фарроу на основе кусочно-кубической полиномиальной интерполяции для передискретизации цифрового сигнала