6. témakör. Mintavételezés elve Digitális jelfeldolgozás (DSP) alapjai

Hasonló dokumentumok
π π A vivőhullám jelalakja (2. ábra) A vivőhullám periódusideje T amplitudója A az impulzus szélessége szögfokban 2p. 2p [ ]

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

3.18. DIGITÁLIS JELFELDOLGOZÁS

2. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás

Analóg-digitális átalakítás. Rencz Márta/ Ress S. Elektronikus Eszközök Tanszék

Analóg digitális átalakítók ELEKTRONIKA_2

Beszédinformációs rendszerek 5. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás, beszédkódolás. Csapó Tamás Gábor

5. témakör. Szögmodulációk: Fázis és frekvenciamoduláció FM modulátorok, demodulátorok

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 5-7. ea ősz

1. témakör. A hírközlés célja, általános modellje A jelek osztályozása Periodikus jelek leírása időtartományban

Mintavétel: szorzás az idő tartományban

Híradástechikai jelfeldolgozás

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Digitális jelfeldolgozás

Mérés és adatgyűjtés

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

3. témakör. Rendszerek idő, frekvencia-, és komplex frekvenciatartományi leírása

Mintavételezés és AD átalakítók

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 6. A MINTAVÉTELI TÖRVÉNY

A mintavételezéses mérések alapjai

2. témakör. Sztochasztikus, stacionárius és ergodikus jelek leírása idő és frekvenciatartományban

A digitális jelek időben és értékben elkülönülő, diszkrét mintákból állnak. Ezek a jelek diszkrét értékűek és idejűek.

Kvantálási torzítás mérése PCM A karakterisztika

Milyen elvi mérési és számítási módszerrel lehet a Thevenin helyettesítő kép elemeit meghatározni?

Iványi László ARM programozás. Szabó Béla 6. Óra ADC és DAC elmélete és használata

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Távközlő rendszerek áttekintése

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

Wavelet transzformáció

Jelfeldolgozás bevezető. Témalaboratórium

Z v 1 (t)v 2 (t τ)dt. R 12 (τ) = 1 R 12 (τ) = lim T T. ill. periódikus jelekre:

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

Orvosi Fizika és Statisztika

Az Informatika Elméleti Alapjai

Akusztikus MEMS szenzor vizsgálata. Sós Bence JB2BP7

Szegedi Tudományegyetem. Természettudományi Kar. Telekommunikációs Szakértő Szak. Az Impulzus Kód Moduláció vizsgálata

Digitális modulációk vizsgálata WinIQSIM programmal

Digitális Fourier-analizátorok (DFT - FFT)

5. mérés: Diszkrét Fourier Transzformáció (DFT), Gyors Fourier Transzformáció (FFT), számítógépes jelanalízis

Mintavételezés: Kvantálás:

2. Elméleti összefoglaló

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

Villamosságtan szigorlati tételek

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Fehérzajhoz a konstans érték kell - megoldás a digitális szűrő Összegezési súlyok sin x/x szerint (ez akár analóg is lehet!!!)

Informatika Rendszerek Alapjai

Műszertechnikai és Automatizálási Intézet MÉRÉSTECHNIKA LABORATÓRIUMI MÉRÉSEK ÚTMUTATÓ

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

1. ábra. Repülő eszköz matematikai modellje ( fekete doboz )

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Akusztikus mérőműszerek

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Shift regiszter + XOR kapu: 2 n állapot

KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉRNÖKI FŐISKOLAI KAR. Mikroelektronikai és Technológiai Intézet. Aktív Szűrők. Analóg és Hírközlési Áramkörök

Digitális jelfeldolgozás

Kétcsatornás tömörített és tömörítetlen digitális hangjelek minőségi vizsgálata

1. Jelgenerálás, megjelenítés, jelfeldolgozás alapfunkciói

2011. május 19., Budapest UWB ÁTTEKINTÉS

Digitális jelfeldolgozás

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Digitális szűrők - (BMEVIMIM278) Házi Feladat

Elektronika Előadás. Modulátorok, demodulátorok, lock-in erősítők

Híradástechnika I. 2.ea

11. Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( OFDM)

A PC vagyis a személyi számítógép

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 35%.

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Távközlő rendszerek áttekintése

Hangtechnika. Médiatechnológus asszisztens

Mérési jegyzőkönyv a 5. mérés A/D és D/A átalakító vizsgálata című laboratóriumi gyakorlatról

Mérés 3 - Ellenörzö mérés - 5. Alakítsunk A-t meg D-t oda-vissza (A/D, D/A átlakító)

Képrestauráció Képhelyreállítás

Jelek és rendszerek MEMO_03. Pletl. Belépő jelek. Jelek deriváltja MEMO_03

Választható önálló LabView feladatok A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

Műszaki akusztikai mérések. (Oktatási segédlet, készítette: Deák Krisztián)

Passzív és aktív aluláteresztő szűrők

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW 7.1

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

OFDM-jelek előállítása, tulajdonságai és méréstechnikája

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

A/D és D/A átalakítók gyakorlat

HÍRADÁSTECHNIKA SZÖVETKEZET

Mérés és adatgyűjtés

ADAT- ÉS INFORMÁCIÓFELDOLGOZÁS

Alapvető Radar Mérések LeCroy oszcilloszkópokkal Radar impulzusok demodulálása és mérése

Választható önálló LabView feladatok 2013 A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem. Jelfeldolgozás. ANTAL Margit. Adminisztratív. Bevezetés. Matematikai alapismeretek.

PWM elve, mikroszervó motor vezérlése MiniRISC processzoron

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW előadás

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 15%.

Jelkondicionálás. Elvezetés. a bioelektromos jelek kis amplitúdójúak. extracelluláris spike: néhányszor 10 uv. EEG hajas fejbőrről: max 50 uv

Házi Feladat. Méréstechnika 1-3.

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

Digitális tárolós oszcilloszkópok

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

Digitális zenemultiplex berendezés rádiórelé rendszerekhez

1. Ismertesse az átviteltechnikai mérőadók szolgáltatásait!

Átírás:

6. témakör Mintavételezés elve Digitális jelfeldolgozás (DSP) alapjai

A mintavételezés blokkvázlata Mintavételezés: Digitális jel mintavevô kvantáló kódoló Átvitel Tárolás antialiasing szűrő Feldolgozás (DSP) 1 2 3 4 Mintavételezett jel helyreállítása: Simító szűrő és amplitúdó korrektor f dekódoló tartóáramkör DSP: Digital Signal Processing 1 2 3

A blokkvázlat jellemző jelformái Mintavételezés: 3 2 1 0 1 1 :eredeti jel 2 :mintavételezett jel (PAM jel)..... t Mintavételezett jel helyreállítása: 1 0 101 110 111 110 101 010 PCM.... 1 t 2 3 111 110 101 100 000 001 010 011 MINTAVÉTELEZÉS 3 KVANTÁLÁS t 111 110 101 100 000 001 010 011 3 2 vett jel.... 2 t 1 PCM.... 4 1 0 1 t 0 101 110 111 110 101 010 KÓDOLÁS t 2 3 3 PAM: Pulse Amliutude Modulation PCM: Pulse Code Modulation

A mintavett jel időfüggvénye A vizsgálathoz először tekintsünk el a kvantálástól és a kódolástól és a minták tartásától! Feltételezzük, hogy a rendszer végtelen számú amplitúdó mintát képes ábrázolni. A mintavételező függvényünk legyen ideális. Az ideális mintavételező függvény egy mintavételi időközönként (T) érkező periodikus Dirac sorozat: A Dirac impulzusokkal megszorozva a jel időfüggvényét, a kapott mintavett jel egy n x T időpillanatokban lévő Dirac sorozat lesz. Az impulzusoknak nem a magassága, hanem a területe hordozza az adott időpillanatbeli jelminta értékét. Tehát a mintavett jel időfüggvénye: f(t) fmv(t) A mintavett jel csak a mintavételi időpillanatokban hordozza a folytonos jel pillanatértékét, a közbenső időintervallumról látszólag nem hordoz információt! A későbbiekben belátjuk, hogy ez mégsem így van.

A mintavett jel spektruma A periodikus négyszögjel spektrumának meghatározására visszautalva (1. labor), láttuk, hogy ha az impulzusok minden határon túl elkeskenyednek, akkor a spektrumvonalak magasságát meghatározó sinx/x burkológörbe első zérushelye a végtelenbe tolódik. Ennek analógiájára a periodikus Dirac sorozat spektruma fs, 2fs, 3fs, 4fs (végtelen) frekvenciákon lévő cos összetevők: Mintavételi frekvencia a mintavételi időköz reciproka: fs=1/t A Fuorier sor: Fourier transzformáltakkal felírva a mintavett jel spektrumát: Ami az időtartományban szorzás, az a frekvenciatartományban konvolúció, tehát a mintavételezendő jel és a mintavételező Dirac sorozat spektrumának konvolválása után megkapjuk a mintavett jel spektrumát:

A mintavett jel spektruma A konvolúcióval történő felírásnál egyszerűbben is belátható a végeredmény. Ha a mintavételezendő jelet sávkorlátozzuk, egyenkomponens mentessé tesszük, és megszorozzuk a Dirac mintavételező függvénnyel, akkor a mintavételezés nem más, mint egy AMDSB/SC moduláció. Ebben az esetben végtelen számú vivő adódik (Dirac sorozat spektruma), amely körül az AM esetében ismert módon megjelennek az oldalsávok. Látható, hogy a jel spektrumát a mintavett jel spektruma végtelen sokszor tartalmazza n x fs frekvenciák körül. Az ideális mintavett jel spektruma tehát végtelen és periodikus. Fontos megjegyezni, hogy a spektrumkép a jel teljes spektrumát tartalmazz, azaz a jel minden időpillanatra vonatkozó tulajdonságát hordozza, amelyből az következik, hogy később a jelet minden időpillanatban, maradéktalanul vissza tudjuk állítani (nem csak a mintavételi helyeken).

A mintavételi tétel A mintavett jel spektrumából jól látszik, hogy ha a jel, amelyből mintát szeretnénk venni, sávkorlátozott f(max)ra, akkor a mintavételi frekvencia nagyobb kell legyen az f(max) kétszeresénél, különben az oldalsávok összeérnek és átlapolódnak. Ez a jel helyreállítását lehetetlenné teszi. Az átlapolódás az ALIASING jelenség. Ennek megakadályozására kell a kódoló bemenetén a jelet egy aluláteresztő szűrővel sávkorlátozni (antialiasing szűrő) Tehát a mintavételi tétel első triviális alakja, bármilyen sávszélességű jel esetében: fs > 2 x fmax

A mintavételi tétel A példán jól látható, hogy a távközlésben gyakori, beszédkódoláshoz használt 8kHz mintavételi frekvencia alkalmazásánál, ha nem sávkorlátozzuk a mintavételi tétel teljesüléséhez a jelet, akkor az oldalsávok átlapolódnak. A spektrumba az fs alatti alsó oldalsávból frekvenciakomponensek kerülnek, amelyek a hasznos spektrumból többé nem különíthetőek el. Az elméleti 4kHz helyett alkalmazott 3.4 khz sávhatárnak az az oka, hogy a helyreállítás során használt szűrők véges meredeksége miatt egy jól meghatározható frekvenciatartományt szabadon kell hagyni. Példaként, ha a jelben megjelenik egy 6kHzes komponens, akkor nem teljesül a mintavételi tétel, és 86=2 khzen megjelenik az aliasing frekvencia, amely a jel helyreállítás után is a hasznos frekvenciatartományban marad: Az ALIASING frekvencia szemléltetése:

A mintavételi tétel A mintavételi frekvenciát úgy kell megválasztanunk, hogy ne lépjen fel spektrum átlapolódás. Ennek a követelménynek megfelelően további mintavételi frekvenciákat is kijelölhetünk a mindenkor érvényes triviális (fs>2xfmax) mellett, amennyiben a jel sávszélessége kisebb, mint egy oktáv, azaz: ahol: B = f2f1 (fmaxfmin) Ebben az esetben: f2/b > 2 vagy 2f1>f2 2 x f2/n < fs <2 x f1/ (n1) ahol: n=2,3,...g. A g az f2/b értékhez tartozó, lefelé kerekített egész szám. A következő grafikon a megengedett fs értéktartományokat mutatja. A függőleges tengelyen felmérve a jel sávszélességének megfelelő értékeket, a hozzá tartozó vízszintes egyenes kimetszi a megengedett tartományokat, amelyeket a vízszintes tengelyen azonosíthatunk. Megjegyzés: fm = fs (mintavételi frekvencia)

A mintavételi tétel 1. Példa: f1=60khz, f2=108khz Tehát g=2 A megengedett fs tartomány a fs>216khzen kívül: 108kHz < fs < 120kHz 2. Példa: f1=84khz, f2=96khz Tehát g=8 A megengedett fs tartomány a fs>192khzen kívül: n=8,7,6,5...1hez tartozó tartományok: 24kHz, 27, 428kHz, 3233,6kHz, 38,442kHz, 4856kHz, 6484kHz, 96168kHz

A jel helyreállítása Niquist probléma: Láttuk, hogy a mintavett jel spektruma az eredeti jel spektrumát végtelen sokszor tartalmazza. A jel helyreállításához nem kell mást tenni, mint az eredeti spektrumot egy aluláteresztő, ún. simító szűrővel kiszűrni. Ezzel a jel maradéktalanul (nem csak a mintavételi helyeken, hanem azok között is) helyreállítható! Niquist megadta, hogyan kell egy ideális szűrő f0ját meghatározni, hogy a kimeneten a helyes jelalakot kapjuk vissza. A megoldás az ismert Niquist feltétel: f0 = fs/2 = 1/(2 x T) Az ideális aluláteresztő szűrő tanulmányozásánál láttuk, hogy a Dirac impulzusra adott válasz függvényben (súlyfüggvény) a zérushelyek n x 1/(2 x f0), azaz n x 1/fs, azaz n x T időpillanatokra esnek.

A jel helyreállítása Niquist probléma: A Dirac sorozatra az ideális aluláteresztő szűrő a Dirac területekkel szorzott si(x) függvények összegét adja: Látható, hoyg n x T időpillanatokban Ai függvényértékkel arányos pillanatértéket kapjuk vissza, míg az összes többi si(x) függvény n x T helyeken zérust ad. A közbülső időpillanatokban a függvények összege pontosan leírja a jelet. Egyéb esetre viszont Niquist nem tudott megoldást nyújtani.

A jel helyreállítása Shannon tétele: Shannon bizonyította, hogy a jel mindaddig maradék nélkül helyreállítható, amíg a spektrumban nem történik átlapolódás. A szűrő határfrekvenciája pedig az adott sávban lehet: f2 < f0 < fsf2 Látható, hogy ha a spektrum egy aluláteresztő szűrővel kiválasztható, akkor az eredeti jel spektruma jelenik meg, így az eredeti időfüggvény is, függetlenül attól, hogy a si(x) súlyfüggvények n x T helyeken nem adnak zérust. Ez a Niquist probléma megoldását jelentette. A mintavételi tételt ezért Shannon mintavételi tételének is nevezik. Problémát a simító szűrő nem ideális volta okozhat. A valóságos szűrők véges meredekéggel, és a töréspont környékén egyre nagyobb fázistorzítással, így csoportfutási idő torzítással is rendelkeznek, amely a helyreállítás során lineáris torzítást okoz. Ezen segíthet a túlmintavételezés.

Mintavételezés és a jel helyreállítása a valóságban Minatvételezés: A Dirac impulzusok területe helyett PAM impulzusok magassága hordozza a jelminta értékét, de ez a minta nagyságának számértékké alakításában lényegtelen. A jel helyreállítása: A probléma ott jelentkezik, hogy a számokat újra Dirac sorozattá kellene alakítani, amely visszaadja a mintavett jel spektrumánál tanult spektrumképet. Ilyen sorozatot előállítása a valóságban nem lehetséges. A valóságban véges szélességű impulzusok magassággal arányos területe reprezentálja a jelmintákat. A véges szélességű impulzusokat a tartó áramkör állítja elő. A periodikus négyszögjel spektrumára visszautalva, ha az impulzusok szélesednek, akkor a spektrum sinx/x burkológörbéjének első zérushelye egyre kisebb frekvenciák felé tolódik el. Ehhez hasonlóan a mintavett jel spektruma is ilyen sinx/x függvénynek megfelelő burkoló szerint alakul: Az exponenciális tag csupán egy konstans késleltetést jelent, ami lineáris torzítást nem okoz.

Mintavételezés és a jel helyreállítása a valóságban

Mintavételezés és a jel helyreállítása a valóságban A tartóáramkör kimenetén megjelenő impulzusok szélességének függvényében az eredeti spektrum is torzul, abszolút értékben, a magasabb frekvenciák felé (ez egy lineáris torzítás). Ez azonban egy ellentétes amplitúdó korrekcióval kiküszöbölhető. Az amplitúdó korrektort sokszor a simító szűrővel együtt valósítják meg. Amint már tudjuk, a simító szűrő nem ideális volta szintén problémaként jelentkezik, egyre jobb szűrőkonstrukciókkal az ebből eredő hiba minimalizálható. Problémát okoz még az impulzusok nem ideális alakja is, ami a sinx/x burkoló turzulását eredményezheti. Példa: Az r kitöltési tényező függvényében az alábbi korrekciókra van szükség egy telefoncsatorna esetében:

Jitter A valóságban további két alapvető problémával is szembe kell nézni. Az egyik a jitter, a másik a kvantálás. A mintavételezésnél, és a dekódolásnál az időzítés (mintavételi időpillanat) bizonytalanságából adódó ún. JITTER jeltorzulást okozhat, amely jó minőségű időzítő áramkörökkel minimalizálható.

Kvantálás A kódolt mintákat a kódolás során a véges számábrázolási tartományunkhoz igazodóan véges számú diszkrét lépcsőhöz rendeljük, amelyekhez egyegy bináris PCM kód tartozik. Ez a kód reprezentálja a digitális rendszerben a minta értékét. A lépcsőhöz igazítás a KVANTÁLÁS, amely minden esetben a valós érték és az azt helyettesítő lépcső közti differencia eldobásával jár. Ez olyan jeltorzulást okoz, amely nem korrigálható. Eredményeként létrejön a KVANTÁLÁSI ZAJ, ill. KVANTÁLÁSI TORZÍTÁS. (Helyettesítési értékek)

Kvantálás Természetesen a lépcsők számának növelésével a hiba csökkenthető, de az a bináris számok hosszúságának növekedését, ezzel együtt a rendszer erőforrásainak szükségszerű bővítését hozza magával, ami jelentősen költségesebbé teszi a rendszert. A minták ábrázolásakor minden egyes plusz bit megfelezi a kvantálási lépcsők méretét.

Kvantálás Pozitív kvantálási lépcsôk V (T ) max V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 S 2 S 3 S 4 Elôjel Bináris érték 1 111 1 110 1 101 1 100 1 011 1 010 V 1 S 1 S 5 1 001 A.C. V 0 1 000 Negatív kvantálási lépcsôk V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 S... S 1 9 minta értékek S 1 S 2 = 1001 = 1011 S 6 S 6 = 0001 S 7 = 0011 S 7 S 8 S 9 0 000 0 001 0 010 0 011 0 100 V 6 V 7 V (T max) S 3 S 4 S 5 = 1111 = 1111 = 1000 S 8 = 0111 S 9 = 0010 0 101 0 110 0 111

Kvantálás Lineáris kvantálás: (A, B) 8 A 8 C Egyenlő nagyságú lépcsők találhatók minden jeltartományban. Ebből az következik, hogy a kvantálásból eredő hiba a jelszint csökkenésével relatíve nő. (Audiotechnikában használatos) 7 6 5 4 3 2 kimenô jel bemenô jel 7 6 kimenô jel bemenô jel 1 5 4 Nem lineáris kvantálás: (C, D) A beszédjel többnyire kis amplitúdóihoz igazodva a kis jelek felé arányosan csökken a lépcsőméret, így a relatív hiba nagysága nagy szinttartományon közel állandó értéken tartható. (Távközlésben használatos, mint logaritmikus kvantálási karakterisztika) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 B 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Lineáris kodek bemenô jel kv antálási torzítás 0 1 2 3 4 5 6 7 8 D 8 7 6 5 4 bemenô jel 3 kv antálási torzítás 2 1 0 0 4 5 6 7 Nem lineáris kodek 8

A kvantálási zaj A kvantálásból eredő jeltorzulás, amennyiben a jel nem összemérhető a kvantálási lépcsők nagyságával, akkor zajként jelentkezik a rendszer kimenetén. Ez a kvantálási zaj. Lineáris kvantálás esetén a jel/zaj viszony az alábbiak szerint határozható meg: (A bemenő jel legyen a kivezérlés határán lévő amplitúdójú sin jel)

A kvantálási zaj A kvantálási jelzaj viszony: Logaritmikusan is kifejezhető: A jelteljesítmény az eddig tanultak szerint:

A kvantálási zaj A zajteljesítmény meghatározása: Ha a jel nagy szinttartományt fog át, és viszonylag gyorsan változik, akkor a hiba egyenletes eloszlást mutat a Q tartományon. Az sűrűségfüggvénye: Mivel a kvantálási zaj is ergodikus, a négyzetes középértéke megegyezik a statisztikus négyzetes középértékkel:

A kavntálási zaj Amennyiben az előbbi feltétel teljesül, akkor a zaj teljesitménysűrűség spektruma sávkorlátozott fehérzaj a hasznos tartományon. A jel/zaj viszony:

A kvantálási zaj Kimondhatjuk, hogy közelítőleg a minták ábrázolásánál egy bit elhagyásával 6dBlel növekedik meg a kvantálásból eredő zaj! Példa: Vegyük példaként a CDt amely 16 bit hosszúságú kódszavakon tárolja a jelmintákat. A fül 20 khzes határfrekvenciájához igazodva az fs=44,1 khz. A 16 biten 2^16 db szám ábrázolható, azaz ennyi darab lépcső definiálható a kivezérlési tartományon. Az előző képlet alapján az CDvel elérhető jelzaj viszony 98 db, amely a jelszint csökkenésével romlik.

ITUT A karakterisztika Telefoncsatornák esetén alkalmazott logaritmikus kvantálási karakterisztika:

ITUT A karakterisztika A minták 8 biten ábrázolódnak, a karakterisztika 2^8=256 lépcsőt tartalmaz a dinamikatartományban, 16 lineáris szegmensre bontva, szegmensenként 16 egyenlő nagyságú kvantumlépcsővel. A középső 4 szegmens azons méretű kvantumlépcsőket tartalmaz. A kvantálási nyereség megadja, hogy hányszor több kvantumlépcső jut kis jelekre nemlineáris kvantálás esetén, mint lineáris esetben: Az A karakterisztika esetében: g=(1/128)/(1/2048)=16 és G=24,1 db A kvantálási jel/zaj mérési eredménye a bemenő szint függvényében:

Dither zaj A kvantálásból eredő jeltorzulás, amennyiben a jel nem összemérhető a kvantálási lépcsők nagyságával, azaz nagy szinttartományt fog át és viszonylag gyorsan változik, akkor zajként jelentkezik a rendszer kimenetén. Ez a kvantálási zaj. Teljesítménysűrűség függvénye szerint sávkorlátozott fehérzaj. A modell már nem érvényes: Amennyiben a kódolandó jel olyan kicsi, hogy az összemérhető a kvantálási lépcsők méretével, akkor az előbbi zajmodell már nem alkalmazható. Ebben az esetben a jel helyreállítása során olyan mértékű a jeltorzulás, hogy a jel teljesítményével összemérhető torzítási komponensek keletkeznek.

Dither zaj Amennyiben a kódolandó vagy a kódolt jelhez a kvantálási lépcsővel összemérhető zajt keverünk (Dither zaj), akkor a helyreállítás során a fehérzajszint ugyan megnő egy kissé, de a sokkal kellemetlenebb hangzást keltő torzítási komponensek eltűnnek. (A minőségi CDk Ditherezettek!)

Dither zaj A Dither zaj alkalmazásának van egy mási jótékony hatása is: Amennyiben egy lépcsőnél kisebb amplitúdójú jelhez adódik a Dither, akkor az általa keltett zajból, a fülünk átlagoló képességének köszönhetően, kihalljuk a hasznos jelet. Így akár a lépcső méreténél tízszer kisebb amplitúdójú jeleket is meghallunk. Ez máskülönben csak a PCM kódszavak hosszúságának növelésével volna lehetséges (drasztikus költségnövekedés árán). Átlagolás után előtűnik a hasznos jel (ahogyan a fülünk működik):

Dither zaj Összetett, kis amplitúdókkal rendelkező jel kvantálásakor keletkező intermodulációs torzítás hatása is csökkenthető a Dither zaj alkalmazásával. Ha kisebb felbontásra térünk át, pl. 24 bites rendszerekben 16 bites kimeneti formátumra, akkor a csonkolás, illetve kerekítés mellett a Dither zaj hozzáadása szintén igen lényeges a keletkező torzítási komponensek megszűntetéséhez.

Ajánlott irodalom Dr. Simonyi Ernő: Digitális szűrők Cebe László: PCM hírközlés I. Jákó Péter: Digitális hangtechnika