PrA?bkowanie

PrA?bkowanie to proces tworzenia sygnaAi??u dyskretnego, reprezentujAi??cego sygnaAi?? ciAi??gAi??y za pomocAi?? ciAi??gu wartoAi??ci nazywanych prA?bkami. Zwykle jest jednym z etapA?w przetwarzania sygnaAi??u analogowego na sygnaAi?? cyfrowy. W ustalonych odstAi??pach czasu (impulsowanie) mierzona jest wartoAi??Ai?? chwilowa sygnaAi??u i na jej podstawie tworzone sAi?? tzw. prA?bki (ang. sample). SygnaAi?? przeksztaAi??cony do postaci prA?bkowanej jest sygnaAi??em dyskretnym.

probkowanie1

WartoAi??Ai?? sygnaAi??u jest zapisywana z pewnAi?? czAi??stotliwoAi??ciAi?? zwanAi?? „czAi??stotliwoAi??ciAi?? prA?bkowania„. Im wiAi??ksza czAi??stotliwoAi??Ai?? prA?bkowania tym sygnaAi?? cyfrowy jest dokAi??adniejszy.

probkowanie2

MoA?na to przeAi??ledziAi?? na przykAi??adzie sygnaAi??u o ksztaAi??cie sinusa. WidaAi??, A?e moA?na to w miarAi?? dobrze zrobiAi?? zapisujAi??c jego skrajne wychylenia. Otrzymamy kanciasty (piAi??oksztaAi??tny) sygnaAi??, ktA?ry z grubsza przypomina wykres sinusa.

sinusprobkowany1

W sytuacji gdy A?le dobierzemy czAi??stotliwoAi??Ai?? prA?bkowania moA?e dojAi??Ai?? do kuriozalnej sytuacji, w ktA?rej moment pomiaru przypadnie na czas przejAi??cia wykresu przez zero. W efekcie sygnaAi?? cyfrowy bAi??dzie miaAi?? wartoAi??Ai?? zerowAi??.

sinusprobkowany2

W przypadku pAi??yty CD czAi??stotliwoAi??Ai?? ta wynosi 44,1 kHz, co oznacza, A?e w ciAi??gu sekundy zapisywane jest 44 100 wartoAi??ci sygnaAi??u audio. MnoA?Ai??c 16 bitA?w przez 44100 otrzymujemy koniecznoAi??Ai?? zapisania nieco ponad 700 000 bitA?w na sekundAi??, czyli 88 200 bajtA?w na sekundAi?? (1 bajt = 8 bitA?w). PoniewaA? zazwyczaj zapis odbywa siAi?? dwukanaAi??owo (stereo), to powyA?szAi?? liczbAi?? naleA?y pomnoA?yAi?? jeszcze przez 2, co da ostatecznie ok. 1 400 000 bitA?w na sekundAi?? i 176 400 bajtA?w na sekundAi?? – w przybliA?eniu ok. 170 kB/s.

Aby sprA?bkowany sygnaAi?? z postaci dyskretnej daAi??o siAi?? przeksztaAi??ciAi?? bez straty informacji z powrotem do postaci ciAi??gAi??ej, musi byAi?? speAi??niony warunek twierdzenia Kotielnikowa-Shannona o prA?bkowaniu (tak zwany warunek Nyquista). MA?wi on, A?e czAi??stotliwoAi??Ai?? prA?bkowania nie moA?e byAi?? mniejsza niA? podwojona szerokoAi??Ai?? pasma sygnaAi??u przed sprA?bkowaniem. JeAi??li ten warunek nie jest speAi??niony, wA?wczas wystAi??puje zjawisko aliasingu (nieodwracalne znieksztaAi??cenie sygnaAi??u w procesie prA?bkowania wynikajAi??ce z niespeAi??nienia zaAi??oA?eAi?? twierdzenia Kotielnikowa-Shannona. ZnieksztaAi??cenie to objawia siAi?? obecnoAi??ciAi?? w wynikowym sygnale skAi??adowych o bAi??Ai??dnych czAi??stotliwoAi??ciach tzw. aliasA?w).

probkowanie6

Ostatecznie mamy sytuacjAi??, w ktA?rej tylko z racji zapisywania dA?wiAi??ku przy odtwarzaniu powstaje wiele nieprzyjemnych znieksztaAi??ceAi??:

  • pojawiajAi?? siAi?? tony, ktA?rych w sygnale A?rA?dAi??owym w ogA?le nie byAi??o (zjawisko aliassingu)
  • znikajAi?? tony, ktA?re byAi??y w zapisie analogowym
  • powstajAi?? tzw. szumy prA?bkowania.

CzAi??Ai??Ai?? z tych efektA?w da siAi?? co prawda zAi??agodziAi??, np. poprzez ograniczenie zapisywanego pasma czAi??stotliwoAi??ci, czy wyrafinowane metody antyaliassingowe stosowane podczas zapisu. Poza tym ukAi??ady scalone stosowane w odtwarzaczach CD wyraA?nie poprawiajAi?? efekt koAi??cowy eliminujAi??c niektA?re powstajAi??ce szumy i typowe znieksztaAi??cenia.