- •2.4.3 Ацп с плавающей точкой……………………………………………
- •1 Цифровые фильтры
- •1.1 Явление Гиббса
- •1.1.1 Сущность явления Гиббса
- •1.1.2 Параметры эффекта
- •1.1.3 Последствия для практики
- •1.2 Весовые функции
- •1.2.1 Нейтрализация явления Гиббса в частотной области
- •1.2.2 Основные весовые функции
- •1.3 Типы фильтров
- •1.4 Разностное уравнение
- •Нерекурсивные фильтры
- •1.5.1 Методика расчетов нцф
- •1.5.2 Идеальные частотные фильтры
- •1.5.3 Конечные приближения идеальных фильтров
- •1.5.3.1 Применение весовых функций
- •1.5.3.2 Весовая функция Кайзера
- •1.5.4 Дифференцирующие цифровые фильтры
- •1.5.5 Гладкие частотные фильтры
- •1.6 Рекурсивные фильтры
- •6.3 Интегрирующий рекурсивный фильтр.
- •1.6.1 Принципы рекурсивной фильтрации
- •1.6.2 Режекторные и селекторные фильтры
- •1.6.2.1 Комплексная z-плоскость.
- •1.6.2.2 Режекторные фильтры
- •1.6.2.3 Селекторный фильтр
- •1.6.3 Билинейное z-преобразование
- •1.6.4 Типы рекурсивных частотных фильтров
- •1.7 Импульсная характеристика фильтров
- •Передаточные функции фильтров
- •1.9 Частотные характеристики фильтров
- •1.10 Частотный анализ цифровых фильтров
- •1.10.1 Сглаживающие фильтры и фильтры аппроксимации
- •1.10.1.1 Фильтры мнк 1-го порядка (мнк-1)
- •1.10.1.2 Фильтры мнк 2-го порядка (мнк-2)
- •1.10.1.3 Фильтры мнк 4-го порядка
- •1.10.2 Разностные операторы
- •1.10.2.1 Разностный оператор
- •1.10.2.2 Восстановление данных
- •1.10.2.3 Аппроксимация производных
- •1.10.3 Интегрирование данных
- •1.10.4 Расчёт фильтров по частотной характеристике
- •1.11 Фильтрация случайных сигналов
- •1.12 Структурные схемы цифровых фильтров
- •Обращенные формы.
- •1.13 Фильтры Чебышева
- •1.14 Фильтры Баттерворта
- •Свойства фильтров Баттерворта нижних частот:
- •1.15 Фильтры Бесселя
- •2 Аналого-цифровое преобразование
- •2.1 Цифровая обработка звуковых сигналов
- •2.2 Основы аналого-цифрового преобразования
- •2.2.1 Основные понятия и определения
- •2.3 Структура и алгоритм работы цап
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Структура и алгоритм работы ацп
- •2.4.1 Параллельные ацп
- •2.4.2 Ацп с поразрядным уравновешиванием
- •2.4.3 Ацп с плавающей точкой
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Звук.
- •3.1 Аудиосигнал
- •3.1.1 Звуковые волны
- •3.1.2 Звук как электрический сигнал
- •3.1.3 Фаза
- •3.1.4 Сложение синусоидальных волн
- •3.2 Звуковая система
- •3.2.1 Назначение звуковой системы
- •3.2.2 Модель звуковой системы
- •3.2.3 Входные датчики
- •3.2.4 Выходные датчики
- •3.2.5 Простейшая звуковая система
- •3.3 Амплитудно-частотная характеристика
- •3.3.1 Способы записи ачх в спецификации звуковых устройств
- •3.3.2 Октавные соотношения и измерения
- •3.3.3 Ачх реальных устройств воспроизведения звука
- •3.3.4 Диапазон частот голоса и инструментов
- •3.3.5 Влияние акустических факторов
- •3.4 Единицы измерения, параметры звуковых сигналов
- •3.4.1 Децибел
- •3.4.2 Относительная мощность электрических сигналов дБm
- •3.4.3 Децибелы и уровень звука
- •3.4.5 Громкость, уровень сигнала и коэффициент усиления
- •3.4.6 Громкость
- •3.5 Динамический диапазон
- •3.5.1 Запас динамического диапазона
- •3.5.2 Выбор динамического диапазона для реальной звуковой системы
- •3.6 Цифровой звук
- •3.6.1 Частота дискретизации
- •3.6.2 Разрядность
- •3.6.3 Дизеринг
- •3.6.4 Нойс шейпинг
- •3.6.5 Джиттер
- •3.7 Методы и стандарты передачи речи по трактам связи, применяемые в современном оборудовании (7 кГц)
- •3.7.1 Импульсно-кодовая модуляция (pcm — Pulse-Code Modulation)
- •3.7.3 Помехоустойчивость методов икм
- •3.7.4 Методы эффективного кодирования речи
- •3.7.5 Кодирование речи в стандарте cdma
- •3.7.6 Речевые кодеки для ip-телефонии
- •3.7.7 Оценка качества кодирования речи
- •3.8 Общие сведения по мр3
- •3.8.1 Феномен мрз
- •3.8.2 Что такое формат мрз?
- •3.8.3 Качество записи мрз
- •3.8.4 Формат мрз и музыкальные компакт-диски
- •3.8.5 Работа со звукозаписями формата мрз
- •3.9 Основные понятия цифровой звукозаписи
- •3.9.1 Натуральное цифровое представление данных
- •3.9.2 Кодирование рсм
- •3.9.3 Стандартный формат оцифровки звука
- •3.9.4 Параметры дискретизации
- •3.9.5 Качество компакт-диска
- •3.9.6 Объем звукозаписей
- •3.9.7 Формат wav
- •3.10 Формат mp3
- •3.10.1 Сжатие звуковых данных
- •3.10.2 Сжатие с потерей информации
- •3.10.3 Ориентация на человека
- •3.10.4 Кратко об истории и характеристиках стандартов mpeg.
- •3.10.5 Что такое cbr и vbr?
- •3.10.6 Каковы отличия режимов cbr, vbr и abr?
- •3.10.7 Методы оценки сложности сигнала
- •3.10.8 Какие методы кодирования стерео информации используются в алгоритмах mpeg (и других)?
- •3.10.9 Какие параметры предпочтительны при кодировании mp3?
- •3.10.10 Какие альтернативные mpeg-1 Layer III (mp3) алгоритмы компрессии существуют?
- •3.11 OggVorbis
- •3.13 Flac
- •4 Сжатие видео
- •4.1 Общие положения алгоритмов сжатия изображений
- •4.1.1 Классы изображений
- •4.1.2 Классы приложений
- •4.1.3 Требования приложений к алгоритмам компрессии
- •4.1.4 Критерии сравнения алгоритмов
- •4.2 Алгоритмы сжатия
- •Gif (CompuServe Graphics Interchange Format)
- •4.3 Вейвлет-преобразования
- •4.3.1 Вейвлеты, вейвлет-преобразования, виды и свойства Вейвлет анализ и прямое вейвлет-преобразование
- •Непрерывное прямое и обратное вейвлет-преобразования
- •Ортогональные вейвлеты
- •Дискретное вейвлет-преобразование непрерывных сигналов
- •Кратномасштабный анализ
- •Пакетные вейвлеты.
- •4.3.2 Примеры применения вейвлетов Очистка сигнала от шума
- •Очистка сигнала от шумов на основе вейвлет-преобразований.
- •4.4 Формат сжатия изображений jpeg
- •2) Дискретизация
- •3) Сдвиг Уровня
- •4) 8X8 Дискретное Косинусоидальное Преобразование (dct)
- •5) Зигзагообразная перестановка 64 dct коэффициентов
- •6) Квантование
- •7) RunLength кодирование нулей (rlc)
- •8) Конечный шаг - кодирование Хаффмана
- •4.5 Jpeg2000
- •4.5.1 Общая характеристика стандарта и основные принципы сжатия
- •4.5.2 Информационные потери в jpeg2000 на разных этапах обработки
- •4.5.3 Практическая реализация
- •4.5.4 Специализированные конверторы и просмотрщики
- •4.5.5 Основные задачи для развития и усовершенствования стандарта jpeg2000
- •4.6 Видеостандарт mpeg
- •4.6.1 Общее описание
- •4.6.2 Предварительная обработка
- •4.6.3 Преобразование макроблоков I-изображений
- •4.6.4 Преобразование макроблоков р-изображений
- •4.6.5 Преобразование макроблоков в-изображений
- •4.6.6 Разделы макроблоков
- •4.7 Mpeg-1
- •Параметры mpeg-1
- •4.8 Mpeg-2
- •4.8.1 Стандарт кодирования mpeg-2
- •4.8.2 Компрессия видеоданных
- •4.8.3 Кодируемые кадры
- •4.8.4 Компенсация движения
- •4.8.5 Дискретно-косинусное преобразование
- •4.8.6 Профессиональный профиль стандарта mpeg-2
- •4.9.11 Плюсы и минусы mpeg-4
- •4.10 Стандарт hdtv
3.4.2 Относительная мощность электрических сигналов дБm
Мощность электрических сигналов относительно стандартного сигнала мощностью 1 мВт выражают в единицах, которые называются "дБm": 0 дБm == 1 мВт.
Следует отметить, что раньше величину дБm преимущественно использовали для определения сигналов в телефонных линиях с сопротивлением 600 Ом, а за опорный уровень принимали значение 0,001 Вт (или 1мВт). Именно такое количество мощности рассеивается, если к 600-омной линии приложить среднеквадратичное напряжение Vrms, равное 0,775 V. Поэтому многие ошибочно полагают, что 0 дБm = 0,775 V, но это справедливо только для цепи с сопротивлением 600 Ом, а вот то, что 0 дБm = 1 мВт, правомерно всегда. (Примечание. В России за опорный уровень сигнала часто принимали значение 0 дБm = 1,5 V..)
Пример В. "Максимальный уровень сигнала на выходе микшерного пульта равен +20 дБm".
Эта формулировка аналогична той, что приведена в примере Б, только короче.
Пример Г. "Максимальный уровень сигнала на выходе микшерного пульта равен +20 дБm на нагрузку 600 Ом".
Эта формулировка аналогична той, что приведены в примерах Б и В, но в ней содержится дополнительная информация о сопротивлении нагрузки (600 Ом). Это позволяет рассчитать максимальное среднеквадратичное выходное напряжение для этой нагрузки, которое будет равно 7,75 V.
дБu
Современные аудиоустройства (микшерные пульты, ленточные магнитофоны, процессоры сигналов и др.), как правило, чувствительны к напряжению. Только для характеристики усилителей мощности, к которым подсоединяются колонки, чаще указывают мощность в ваттах, а не в децибелах.
Выраженная в единицах дБm относительная мощность, не определяет напряжения, правда, если известно сопротивление, его можно вычислить. Но, поскольку сделать это достаточно сложно, а как мы уже говорили, единицы децибелы вводились для упрощения значений, используемых для характеристики устройств, для выражения входного и выходного напряжения была предложена другая величина, которая называется "дБu".
При оценке величин дБm и дБu используются различные нулевые уровни. Напряжение, выраженное в дБu, не зависит от нагрузки (0 дБu всегда равно 0,775 V). Его значение будет эквивалентно напряжению, выраженному в дБm, только в том случае, если оно было получено для нагрузки 600 Ом (рис. 3.1).
Пример Д: "Максимальный уровень выходного сигнала микшерного пульта равен +20 дБu для нагрузки 10 000 Ом и выше".
На основании приведенных данных можно утверждать, что максимальный уровень сигнала для этого микшерного пульта равен 7,75 V (т. е. он такой же, как в примере Г). Существенное отличие заключается в том, что сопротивление нагрузки в примере Г составляло 600 Ом, а здесь минимальное сопротивление нагрузки равно 10 000 Ом. Подключить данный пульт к 600-омной нагрузке нельзя: произойдет падение напряжение, появятся сильные искажения, он может даже перегореть.
На основании чего были сделаны эти выводы? В примере Г была указана максимальная мощность на выходе 20 дБm, при более высокой нагрузке для достижения заданного уровня потребуется большее напряжение. В примере Д указано минимальное сопротивление нагрузки, подключение нагрузки с еще меньшим сопротивлением приведет к падению мощности на выходе. В результате уменьшится выходное напряжение, появятся искажения, и пульт может выйти из строя.
Рис. 4.2.1 Номограмма для определения относительной мощности, выраженной в дБu (или дБm при сопротивлении нагрузки 600 Ом), и напряжения
дБV и дБv
Величины дБu для выражения относительного напряжения стали использовать сравнительно недавно, прежде для этой цели служила величина дБV (0 дБV = 1 Vrms , где Vrms - среднеквадратичное напряжение). Для обозначения уровня напряжения, соответствующего мощности, указанной в дБm, раньше часто применяли строчную букву v: 0 дБv = 0,775 V.
Такое написание было удобным, так как значения величин дБv и дБm совпадали, если последнее оценивалось для сопротивления нагрузки 600 Ом, что упрощало сравнение данных, приведенных в различных спецификациях. Но порой путаница в написании приводила к серьезным ошибкам.
Пример Е.
1. "Номинальное выходное напряжение равно +4 дБv". 2. "Номинальное выходное напряжение равно +4 дБV".
Формулировки 1 и 2 только кажутся равнозначными. Строчная буква v в первой их них означает, что номинальное выходное напряжение Vrms = 1,23, а прописная буква V во второй, что Vrms = 1,60.
К сожалению, ошибки, связанные с тем, что данные, приведенные в единицах дБv (когда за ноль принято 0,775 V при сопротивлении нагрузки 600 Ом) и в единицах дБV (0 дБV = 1 V при любом сопротивлении нагрузки), воспринимались одинаковыми, происходили достаточно часто. Чтобы исключить их, Международная электротехническая комиссия (IEC) в качестве стандартного обозначения напряжения относительно уровня 1 V утвердила заглавную букву V. А Государственная ассоциация вещательных компаний (NAB) рекомендовала использовать маленькую букву u для обозначения напряжения, которое получено в случае измерения дБm при сопротивлении нагрузки 600 Ом. Буква u в величине дБu означает "недогруженный" выход -- этот термин используют для описания выхода, который работает без нагрузки или с маленькой нагрузкой (например, обычные входы с высоким сопротивлением в современной аудиоаппаратуре).
Пример Ж.
1. "Номинальное выходное напряжение равно +4 дБv".
2. "Номинальное выходное напряжение равно +4 дБu".
Формулировки 1 и 2 равнозначны, но вторая предпочтительнее. В них сообщается, что номинальный уровень выходного напряжения равен 1,23 Vrms.
Еще раз повторим, что отличие дБu (или дБv) от дБV заключается в уровне напряжения, которое принимается за ноль: 0 дБu (или дБv) = 0,775, а 0 дБV = 1,0 V.
Преобразование дБV в дБu (или в дБm при нагрузке 600 Ом)
Если речь идет о напряжении, а не о мощности, то для преобразования дБV в дБu (или в дБm при нагрузке 600 Ом) к имеющемуся значению дБV надо добавить 2,2 дБ. Для обратного преобразования дБu (дБm) в дБV следует отнять 2,2 дБ от указанного значения в дБu.
В табл. 4.2.1 приведены часто встречающиеся значения дБV и дБu, а также напряжения которому они соответствуют.
Таблица 4.2.1 Зачения дБV, дБu и соответствующие напряжения
дБV (0 дБV = 1V при любом сопротивлении нагрузки, но обычно оно высокое) |
Напряжение (среднеквадратичное), V |
дБu или дБm (0 дБu = 0,775 V при любом сопротивлении нагрузки); 0 дБm = 0,775 V при сопротивлении нагрузки 600 Ом) |
6 |
2 |
8,2 |
4 |
1,6 |
6,2 |
1,78 |
1,23 |
4 |
0 |
1 |
2,2 |
-2,2 |
0,78 |
0 |
-6 |
0,5 |
-3,8 |
-8,2 |
0,29 |
-6 |
-10 |
0,32 |
-7,8 |
-12 |
0,25 |
-9,8 |
-12,2 |
0,25 |
-10 |
-20 |
0,1 |
-17,8 |
дБV, дБu и дБm в спецификациях
Во многих продуктах предусмотрены входные и выходные миниразъемы RCA, предназначенные для подключения аппаратуры с высоким сопротивлением, которая более чувствительна к колебаниям напряжения, а не мощности, поэтому в их спецификации часто указывают номинальный уровень напряжения в дБV (например, -10 дБV).
Симметричные линейные входные и выходные XLR-разъемы предназначены для подключения аппаратуры, как с низким, так и с высоким сопротивлением. Устройства с низким сопротивлением более чувствительны к изменению мощности, поэтому в спецификации часто приводят номинальные уровни, характеризующие уровни сигнала при записи (например, +4 дБm) или при вещании (например, +8дБm) звука. Иногда указывается и значение дБu. Для входных и выходных разъемов RCA в спецификации обычно оговариваются более высокие, чем для разъемов XLR, уровни напряжения и меньшие сопротивления, но бывают и исключения. Линейный выход с низким сопротивлением в принципе можно подключить к входам с более высоким сопротивлением без значительного изменения уровня сигнала. А вот подключение выхода с высоким сопротивлением к входу с низким сопротивлением может привести к перегрузке, в результате которой возрастут искажения и снизится уровень сигнала. Это окажет неблагоприятное воздействие на АЧХ, а некоторых случаях может привести к выходу аппаратуры из строя, поэтому предлагаемые спецификации следует изучать очень внимательно.
дБW
Мы уже говорили, что величина дБm определяет электрическую мощность по отношению к 1 мВт. Ее удобно использовать для приведения низких значений выходных мощностей, свойственных, например, для микрофонов (она составляет порядка нескольких миллионных долей ватта) и процессоров сигналов (она достигает нескольких милливатт). А вот для характеристики высоких мощностей усилителей, которые составляют несколько сотен ватт, была предложена величина дБW, позволяющая обходиться без большого числа нулей.
0 дБW = 1 Вт.
Мощность 100-ваттного усилителя составит 20 дБW:
10log (100/1) = 10log (100) = 10·2 = 20 дБ,
а мощность 1000-ваттного усилителя будет равна 30 дБW. Если речь идет о мощности усилителя, то значения дБ, приведенные в табл. 3.1 и 3.2 равны значениям дБW и соответствуют количеству децибел на 1 Вт электрической мощности.