取样频率
数学通讯技术
取样频率就是把声音这种模拟讯号转成计算机可以辨识的数字讯号,在转换过程中将声波的波形以微分方式切开成许多单位,再把每个切开的声波以一个数值来代表该单位的一个量,以此方式完成取样的工作,而在单位时间内切开的数量便是所谓的取样频率。
简介
在单位时间内取样的数量越多就会越接近原始的模拟讯号,在将数字讯号还原成模拟讯号时也就越能接近真实的原始声音;相对越高的取样率,资料的大小就越大,反之则越小,当然也就越不真实了。数字资料量的大小与声道数、取样率、音质分辨率有着密不可分的关。
在一般的声卡上,取样频率至少要能提供22.05KHz、32KHz、44.1 KHz以及48KHz,如果能够提供更多的选择会更好,不过当前的一般声卡最高的取样率都是在48 KHz,若需要更高的取样率的话,就必须选择较为专业的录音卡了。
一般方法
将模拟信号取样后,就可以使用几个位表示一个外在的物理量。但由于模拟信号是连续且不中断的,如果一定要完全地将模拟信号一五一十地重现,理论上应该使用非常高的取样频率将模拟信号输入计算机中。不过,DAQ卡也有其限制,不太可能使用过高的取样频率作取样的操作,因此当我们针对系统作初步分析时也要一并考虑DAQ卡所能提供的最高速度。
一般的数据采集卡使用每秒钟取样的数据点作为该DAQ卡所拥有的取样速度。例如某DAQ卡上标明100 kS/s,即表示该DAQ卡每秒钟可以取样100K(10万)个取样点。通常这个速度表示该DAQ卡在单一通道下的最高数据采集速度,由于DAQ卡所拥有的采集通道通常是8个或是16个以上,因此将采集频率平均分散到各个通道,每个通道可以分配到的采集速度自然就下降了。
DAQ卡的取样速度较高时,此DAQ卡的价格通常也比较高,此DAQ卡在同一个时间内可以取得的数据量当然也就比较高。从信号的频域角度来看,较高的取样速度也可以取得较高频率的信号。取得较高的数据量除了可以察看的信号频宽较大之外,还得考虑在编写程序的过程中所隐含的内存需求量的问题。因为较大的数据量势必需要较大的内存空间来存储这些取得的数据,如果再加上数据的后端处理过程,所需的内存就更惊人了。
每一块DAQ卡在规格上都会说明他所具备的数据采集速度,并不一定较高的速度就是最好的,这还得将众多的因素一同考虑。例如,需要开发的系统所需的测量通道是8个,而每一个通道被测量的最高频宽是10kHz。以一般的DAQ卡来说,我们除了必须选择通道数大于8之外,还要选择其取样速度最少为每秒80kb。
频宽分析
在器件特性一定下,取样变换过程的频带宽度取决于取样脉冲的形状和宽度。当输入信号幅度变化范围非常小时,可将取样电路看作是具有变参量的线性系统,其等效电路如图9.39所示。图9.39中ui(t)为已折算到输入端的信号电压。△(t)为已折算到输入端的取样脉冲电压,g(u)为取样器件的导电函数,C为积分电容。这里讨论几种典型的取样脉冲:矩形、三角形、余弦形和余弦平方形脉冲,用T1表示脉冲的底宽,τ为截取的取样脉冲有效底宽,k=τ/T1为脉冲宽度利用系数,t1为某一特定的取样脉冲的时刻。
若取样器件具有线性特性取样即器件的特性曲线具有折线形状,则无论取样脉冲为何种形状,其导电函数可以用宽为下的矩形函数表达,经推导可得频宽因子D(ωτ)=sin(ωτ),若取D(ωτ)=0.707,可求得取样电路的频宽B=0.442/τ,即频宽与取样脉冲形状无关而与宽度有关。
相关应用
在对音频信号进行数字化时,取样频率的选择比较简单,而在对视频信号进行数字化时,既要考虑亮度信号,又要考虑色差信号,而且还要受其他因素的限制。
1.亮度信号的取样频率
亮度信号取样频率的选择必须满足以下几个条件:
(1)取样频率的选择必须满足尼奎斯特取样定理,即对一个模拟信号进行取样时,要求取样频率至少是该模拟信号上限频率的2倍,以避免重叠效应。
(2)为了获得正交型取样结构,取样频率又必须是行频的整数倍,以利于行间、场间和帧间的信号处理。
(3)为了实现625/50和525/60两种扫描制式的兼容,应采用同一种取样频率,625行制的行频为15625Hz,525行制的行频为15734Hz,二者的最小公倍数为2.25MHz。
综合以上三个条件,取样频率应大于2×6MHz,故将亮度信号的取样频率定为2.25MHzX6,为13.5MHz。
2.色差信号的取样频率
主观测试表明,为了获得满意的彩色图像,色差信号的带宽应有2.3MHz以上,色差信号的取样频率也应该满足上面的三个条件。因此,色差信号的取样频率定为6.75MHz,正好是亮度信号取样频率的一半,这样形成的取样结构如图2-7所示。圆圈为亮度信号取样点,方框为色差信号取样点。可见,色差信号的取样点只有亮度信号取样点的一半,并与亮度信号的奇数点相重合。
参考资料
最新修订时间:2023-01-12 14:22
目录
概述
简介
一般方法
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