Örnek oran dönüşümü - Sample-rate conversion

Örnek oranı dönüşümü , temelde yatan sürekli sinyalin yeni bir ayrık temsilini elde etmek için ayrı bir sinyalin örnekleme oranını değiştirme işlemidir . Uygulama alanları, mühendislik, ekonomik veya tarihsel nedenlerle farklı örnekleme oranlarının kullanılabileceği görüntü ölçekleme ve görsel / işitsel sistemleri içerir.

Örneğin, Kompakt Disk Dijital Ses ve Dijital Ses Teyp sistemleri farklı örnekleme hızları kullanır ve Amerikan televizyonu, Avrupa televizyonu ve filmlerinin tümü farklı kare hızları kullanır . Örnekleme hızı dönüşümü , aksi takdirde bu tür sistemler arasında kaydedilen materyal aktarılırken meydana gelebilecek hız ve aralıktaki değişiklikleri önler .

Belirli bir etki içinde ya da belirli dönüşümler için, numune oranı dönüşüm için aşağıdaki alternatif terimler de kullanılır: örnekleme frekans dönüşümü , yeniden örnekleme , örnekleme , alt örnekleme , interpolasyon , seyreltme , ; yukarı , boyut küçültme . Terimi, çok-tanımlı dijital sinyal işleme bazen anonim örnek hızı dönüşüm sistemleri ifade etmek için kullanılır.

Teknikler

Örnekleme oranı dönüşümüne yönelik kavramsal yaklaşımlar şunları içerir: sürekli bir analog sinyale dönüştürme, ardından yeni oranda yeniden örnekleme veya yeni örneklerin değerlerini doğrudan eski örneklerden hesaplama . İkinci yaklaşım daha az gürültü ve distorsiyon sağladığı için daha tatmin edicidir. Olası iki uygulama yöntemi aşağıdaki gibidir:

  1. İki örnekleme oranının oranı sabit bir rasyonel sayı L / M ise (veya yaklaşık olarak tahmin edilebiliyorsa) : orijinal örneklerin her biri arasına L - 1 sıfırlar ekleyerek bir ara sinyal oluşturun . Düşük geçişli filtre bu sinyali iki hızdan daha düşük olanın yarısında. Her seçin M sonucu elde etmek için, filtre edildi çıkışından inci örnek.
  2. Numuneleri geometrik noktalar olarak işleyin ve enterpolasyon ile gerekli olan yeni noktaları oluşturun. Bir enterpolasyon yöntemi seçmek, uygulama karmaşıklığı ve dönüştürme kalitesi arasında bir değiş tokuştur (uygulama gereksinimlerine göre). Yaygın olarak kullanılanlar şunlardır: ZOH (film / video kareleri için), kübik (görüntü işleme için) ve pencereli sinc işlevi (ses için).

İki yöntem matematiksel olarak özdeştir: ikinci şemada bir enterpolasyon fonksiyonunun seçilmesi, birinci şemadaki filtrenin dürtü tepkisinin seçilmesine eşdeğerdir. Doğrusal enterpolasyon, üçgen bir dürtü tepkisine eşdeğerdir; pencereli, bir tuğla duvar filtresine yaklaşır (nokta sayısı arttıkça istenen "tuğla duvar" filtresine yaklaşır). Yöntem 1'deki filtrenin dürtü yanıtının uzunluğu, yöntem 2'de enterpolasyonda kullanılan nokta sayısına karşılık gelir.

Yöntem 1'de, bir optimal (uygulama gereksinimleri başına) filtre tasarımı elde etmek için yavaş bir ön hesaplama ( Remez algoritması gibi ) kullanılabilir. Yöntem 2, örnek oranlarının oranının rasyonel olmadığı veya iki gerçek zamanlı akışın barındırılması gerektiği veya örnek hızlarının zamanla değişen olduğu daha genel durumlarda işe yarayacaktır.

Örnekleme oranı dönüştürme filtre tasarımı / uygulaması hakkında daha fazla bilgi için ondalık ayırma ve yukarı örneklemeye bakın .

Örnekler

Film ve televizyon

Yavaş tarama televizyon gelen sinyaller Apollo Ay misyonları evde izleyiciler için geleneksel televizyon oranlarına dönüştürülmüştür. Dijital enterpolasyon şemaları o zamanlar pratik değildi, bu nedenle analog dönüştürme kullanıldı. Bu, Apollo yavaş taranmış görüntüleri gösteren bir monitörü görüntüleyen bir TV hız kamerasına dayanıyordu.

Filmler (saniyede 24 kare ile çekilen) televizyona dönüştürülür (kabaca saniyede 50 veya 60 alan). Örneğin 24 kare / saniyelik bir filmi 60 alan / saniyelik televizyona dönüştürmek için , sırasıyla 2 ve 3 kez alternatif film kareleri gösterilir . PAL gibi 50 Hz sistemler için her çerçeve iki kez gösterilir. 50, tam olarak 2 × 24 olmadığından, film 50/48 =% 4 daha hızlı çalışacak ve ses perdesi% 4 daha yüksek olacak, bu PAL hızlandırma olarak bilinen bir etki . Bu genellikle basitlik için kabul edilir, ancak çalışma süresini ve perdeyi koruyan daha karmaşık yöntemler mümkündür. Her on ikinci kare, iki yerine 3 kez tekrarlanabilir veya dijital enterpolasyon (yukarıya bakın) bir video ölçekleyicide kullanılabilir .

Ses

Kompakt Diskteki Ses 44,1 kHz örnekleme hızına sahiptir; 48 kHz kullanan bir dijital ortama aktarmak için yukarıdaki 1. yöntem L = 160, M = 147 ile kullanılabilir (48000/44100 = 160/ 147'den beri). Ters dönüşüm için, L ve M değerleri değiştirilir. Yukarıdaki gibi, her iki durumda da, düşük geçiş filtresi 22.05 kHz'e ayarlanmalıdır.

Ayrıca bakınız

Birden çok boyutta örnekleme hızı dönüşümü:

Örnek oranı dönüştürmeyi içerebilecek teknikler ve işlemler:

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar