Тема 3. Квантование
Аналого-цифровой преобразователь не только осуществляет дискретизацию: ему требуется квантователь для преобразования аналогового отсчета в двоичное число. Как иллюстрирует рис. 2 квантователь разделяет диапазон, или шкалу напряжения аналогового сигнала, на ряд равных интервалов, каждый из которых представлен отдельным числом. Квантователь вырабатывает помер интервала, в который попадает аналоговое напряжение. Информация о положении аналогового напряжения внутри интервала теряется, поэтому может возникнуть погрешность, называемая ошибкой квантования. Поскольку она не может быть больше интервала квантования, величину ошибки можно минимизировать, используя достаточно большое число интервалов.
В 8-битовом преобразователе имеется 156 интервалов квантования; это обеспечивает комбинацию различных 8-битовых кодовых комбинаций. При этом обеспечивается невзвешенное отношение С-Ш приблизительно 50 дБ. В 10-битовом преобразователе имеется 1024 кодовых слова, и отношение С-Ш на 12 дБ больше. Оборудование различается по длине слов, которое оно может обрабатывать, Более старая аппаратура записи допускает только 8 бит, а в новой аппаратуре используются 10-битовый отсчеты.
Рис. 8. Квантование изображения
В цифровой звукотехнике биполярная природа сигнала требует использовать двоично дополнительный код. Как показывает рис. 8 в такой системе две половины обычной шкалы двоичных чисел переставлены местами.
Д ля обратного преобразования в аналоговую форму необходимы два процесса. Сначала формируются напряжения, пропорциональные двоичному значению каждого отсчета, затем эти напряжения пропускаются через восстановительный фильтр, или постфильтр, который превращает дискретизированный сигнал обратно в непрерывный сигнал. Этот фильтр называется так потому, что он восстанавливает исходную форму сигнала. Таким образом, в любой цифровой системе сигнал изображения, наблюдаемого на экране, и звуковой сигнал проходят по крайней мере через два аналоговых фильтра. В реальной жизни в силу практических причин мы можем быть вынуждены преобразовывать сигнал в цифровую форму и обратно в аналоговую несколько раз. При каждом таком преобразовании последовательно включается еще одна пара фильтров, причем любые дефекты фильтров имеют тенденцию усугубляться.
Практическая работа № 7
Тема 1. Цифровой видеосигнал
Для компонентных видеосигналов используется общая частота дискретизации, позволяющая дискретизировать сигналы стандартов 525/ 60 и 625/50 с одинаковой частотой, синхронно связанной с частотой строк. Для сигнала яркости наиболее часто используется значение 13,5 МГц. ТВ строка европейского стандарта сочетается с частотой дискретизации 13,5 МГц. Обратите внимание, что в компонентных цифровых системах передается или записывается только активная часть строки. Цифровая активная часть строки содержит 720 отсчетов и немного дли инее аналоговой активной части строки, что обеспечивает возможность ведения плавных переходов на краях аналогового интервала гашения. В системах с композитным (совместным) кодированием цветоразностные сигналы передаются в сильно сокращенной полосе частот. В системах с раздельным компонентным кодированием (например, в видеомагнитофонах) полоса частот цветоразностных сигналов вдвое уже полосы частот сигнала яркости, поэтому их можно дискретизировать с половинной частотой дискретизации, то есть с частотой 6,75 МГц. Находит применение так же частота, которая вчетверо меньше частоты яркости; эта частота — 3,375 МГц — она является самой низкой для дискретизации видеосигналов, в стандартах она обозначается как "1". Видеомагнитофоны стандартов Р-1 записывают именно такие сигналы, а последовательный цифровой интерфейс (по-английски SDI). Предфильтрация приводит к уменьшению ширины полосы частот входных сигналов, обеспечивая возможность использования увеличенных значений коэффициента сжатия