Как сделать частоту дискретизации

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 02.09.2024

Этот пример показывает, как изменить частоту дискретизации сигнала. Пример имеет две части. Часть первая изменяет частоту дискретизации синусоидального входа с 44,1 кГц до 48 кГц. Этот рабочий процесс распространен в обработке аудиоданных. Частота дискретизации, используемая на компакт-дисках, составляет 44,1 кГц, в то время как частота дискретизации, используемая на цифровой аудиоленте, составляет 48 кГц. Часть вторая изменяет частоту дискретизации записанной речевой выборки с 7 418 Гц до 8 192 Гц.

Создайте входной сигнал, состоящий из суммы синусоид, выбранных на уровне 44,1 кГц. Синусоиды имеют частоты 2, 4, и 8 кГц.

Чтобы изменить частоту дискретизации с 44,1 до 48 кГц, необходимо определить рациональное число (отношение целых чисел), P/Q , такой, что времена P/Q исходная частота дискретизации, 44100, равны 48 000 в некотором заданном допуске.

Чтобы определить эти факторы, используйте rat . Введите отношение новой частоты дискретизации, 48000, к исходной частоте дискретизации, 44100.

Вы видите, что P/Q*Fs только отличается от желаемой частоты дискретизации, 48000, на порядке 1 0 - 12 .

Используйте числитель и факторы знаменателя, полученные с rat как входные параметры к resample , чтобы вывести форму волны, выбранную на уровне 48 кГц.

Если ваш компьютер может проигрывать аудио, можно проигрывать эти две формы волны. Регулируйте громкость к удобному уровню, прежде чем вы будете проигрывать сигналы. Выполните команды play отдельно так, чтобы можно было услышать сигнал с двумя различными частотами дискретизации.

Измените частоту дискретизации речевой выборки с 7 418 Гц до 8 192 Гц. Речевой сигнал является записью динамика, говорящего "MATLAB®".

Загрузите речевую выборку.

Загрузка файла mtlb.mat приносит речевой сигнал, mtlb , и частоту дискретизации, Fs , в рабочее пространство MATLAB.

Определите рациональное приближение к отношению новой частоты дискретизации, 8192, к исходной частоте дискретизации. Используйте rat , чтобы определить приближение.

Передискретизируйте речевую выборку на уровне новой частоты дискретизации. Постройте два сигнала.

Если ваш компьютер имеет возможность аудиовыхода, можно проигрывать эти две формы волны на уровне их соответствующих частот дискретизации для сравнения. Регулируйте громкость на своем компьютере к удобному уровню слушания прежде, чем проигрывать звуки. Выполните команды play отдельно, чтобы сравнить речевые выборки на уровне различных частот дискретизации.

Смотрите также

Документация Signal Processing Toolbox

Поддержка

1. Если смысл перевода понятен, то лучше оставьте как есть и не придирайтесь к словам, синонимам и тому подобному. О вкусах не спорим.

2. Не дополняйте перевод комментариями “от себя”. В исправлении не должно появляться дополнительных смыслов и комментариев, отсутствующих в оригинале. Такие правки не получится интегрировать в алгоритме автоматического перевода.

3. Сохраняйте структуру оригинального текста - например, не разбивайте одно предложение на два.

4. Не имеет смысла однотипное исправление перевода какого-то термина во всех предложениях. Исправляйте только в одном месте. Когда Вашу правку одобрят, это исправление будет алгоритмически распространено и на другие части документации.

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.

СОДЕРЖАНИЕ

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:

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]
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 оконнымсинк функции (для аудио).

В методе 1 можно использовать медленное предварительное вычисление (такое как алгоритм Ремеза ) для получения оптимального (для требований приложения) дизайна 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.

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 x 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 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.

Преобразование частоты дискретизации в нескольких измерениях:

Методы и обработка, которые могут включать преобразование частоты дискретизации:

Частота дискретизации – частота выборки отсчетов сигнала при оцифровке.

Частоту дискретизации еще называют частотой сэмплирования (sample rate).

Для большего понимания этого понятия давайте посмотрим на рисунок, на котором представлена форма волны сигнала.

Если оцифрованный сигнал имеет частоту дискретизации 48 кГц, то это означает, что каждая секунда этого сигнала разбита на 48000 отсчетов.

Например трэк продолжительностью 7 мин (420 секунд) с частотой сэмплирования 48 кГц будет иметь 20160000 отсчетов (420х48000).

Из выше сказанного можно сделать вывод, что чем больше частота дискретизации, тем выше качество аудиосигнала. Но при выборе больших значений sample rate при преобразовании аудиосигнала повышается интенсивность потока цифровых данных и нагрузка на цифровые процессы обработки информации, а также увеличивается объем результирующего файла.

Учитывая теорему Найквиста (в любой системе, осуществляющей дискретизацию по времени частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше чем наибольшая частота, которую необходимо передать) и то, что человек может слышать звук в диапазоне 20 – 20000 Гц, то можно сказать, что для качественного преобразования аналогового сигнала в цифровой будет достаточно использовать частоту дискретизации в 44,1 кГц (44100/2 = 22050).

Напоследок приведу несколько примеров использования частоты дискретизации звука.

Читайте также: