Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код

Определение. Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код гласит.

Для представления без искажений аналогового сигнала в циф­ровом коде количество отсчетов (замеров) при дискретизации должно вдвое превышать максимальную частоту колебаний в его спектре.

(3.3)

где F_макс - максимальная частота колебания в спектре аналогового сигнала.

Для представления аналогового телевизионного изображения в цифровом коде необходимо при дискретизации согласно основного принципа, чтобы для самой мелкой детали на изображении (при амплитудно-пространственном представлении) приходилось бы не менее двух отсчетов (замеров). Если это не выполняется, то исче­зают не только самые мелкие детали, но появляются дополнитель­ные муары и узоры, которые могут исказить изображение.

Для сигналов, изменяющихся во времени (при амплитудно-временном представлении), также важную роль имеет частота от­счетов (частота дискретизации). Это наглядно видно при преобра­зовании в цифровую форму напряжения звуковой частоты, т. е. сиг­нала, изменяющегося во времени. Из основного принципа дискре­тизации вытекает, что если частота звука 20000 Гц, то отсчеты должны проводиться не менее 40000 раз в секунду. В противном случае в полученном цифровом коде появятся данные, отражаю­щие новые комбинационные колебания (частоты), приводящие к искажениям. Этот эффект называется помехой дискретизации.

Частота дискретизации (частота отсчетов, выборок) видеосигнала

Телевизионный сигнал яркости, как известно, занимает частот­ную полосу немногим большую 6,0 МГц. Согласно основному крите­рию частота дискретизации сигнала должна вдвое или чуть больше превышать самую высокую частоту его спектра. Это одно условие. Другим условием является то, что частота дискретизации сигнала яркости должна быть одновременно кратна частотам строчных раз­верток международных систем: общеевропейских, имеющих строч­ные частоты 15625 Гц с разложениями 625/50 или с 525/50, и американской системе со строчной частотой 15734,26573 Гц и разло­жением 525/60. Выполнение второго условия очень важно для получения ортогональной неподвижности изображения. Так как верх­няя частота видеосигнала немного превышает 6,0 МГц, то дискре­тизация его может осуществляться с частотами 11,25, или 13,5, или 15,75 МГц. Из данного ряда подходит только 13,5 МГц, единствен­ная, имеющая базовое значение 3,375 МГц, которое кратно часто­там строчных разверток общеевропейских и американской систем.

При частоте дискретизации 13,5 МГц в строке формируется 864 отсчета (из них активных - видимых - 720) при разложении в 625 строк. При разложении в 525 строк при этой же частоте дис­кретизации формируется 858 отсчетов в строке (из них активных также 720). Два числа 864 и 858 близки по значению друг к другу, что позволяет легко реализовать нормативное переключение с общеевропейских систем приема на американскую систему.

Выбранные частоты дискретизации яркостного сигнала -13,5 МГц и цветоразностных сигналов - 6,75 МГц, позволили вве­сти единый международный стандарт цифрового кодирования полного телевизионного видеосигнала.

Уровень отношения сигнал /шум для звукового сигнала в цифровом коде

При преобразовании аналогового звукового сигнала в цифровой отношение сигнал/шум, характеризующее качество звука, непо­средственно зависит от количества бит приходящихся на отсчет. Чем больше бит приходится на один отсчет, или, чем больше бит в кодовом (цифровом) слове, отражающем значение этого отсчета, тем выше отношение сигнал/шум ОСШ и точнее воспроизведение исходного сигнала. Значение отношения сигнал/шум для звукового сигнала представленного в цифровой форме можно вычислить по формуле, дБ:

ОСШ = (6,02 ) + 1,76, (3.4)

где п- количество бит, приходящихся на отсчет (в кодовом слове).

Так, для 15-битового кодового слова значение отношения сиг­нал/шум ОСШ = (6,02x15) + 1,76 = 92,06 дБ, для 20-битового слова ОСШ= 122,16 дБ.

Необходимо отметить, что АЦП для преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой обеспечивают отношение сигнал/шум около 100...110 дБ, что является компромиссом между быстродейст­вием, стоимостью АЦП и требуемым уровнем качества звука.