Dither(抖動(dòng))的意義
發(fā)布時(shí)間:2007/8/15 0:00:00 訪問次數(shù):992
高質(zhì)量的數(shù)字音頻系統(tǒng)必須具有大的動(dòng)態(tài)范圍。也就是說,它們必須能夠忠實(shí)地重現(xiàn)非常大和非常小的聲音,如音樂所要求的那樣。在數(shù)字音頻應(yīng)用中,動(dòng)態(tài)范圍定義為:
動(dòng)態(tài)范圍=20log(最大信號值/能夠從噪音中分辨出來的最小信號值)
動(dòng)態(tài)范圍主要取決于數(shù)字系統(tǒng)所采用的比特?cái)?shù),然而,可以采取其它一些能夠進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)字音頻系統(tǒng)的響應(yīng)能力的技術(shù),這其中就有抖動(dòng)和壓擴(kuò)。本文主要介紹抖動(dòng)。
在量化過程中,每一個(gè)模擬采樣必須映射到與它最接近的可用的數(shù)字電平。一個(gè)適當(dāng)黨校的信號能夠以合理的精度捕捉到,但是小信號有可能完全丟失。抖動(dòng)(Dither)通過另一種策略來改善這種情況,即采樣之前在模擬信號上加上少量的百噪音。噪音的頻譜是平坦的。量化后,信號的形狀具有新的奇妙的特性。信號的原始形狀可以通過計(jì)算這些點(diǎn)的滑動(dòng)平均恢復(fù)。這樣,信號在量化電平附近的變化就變得更明顯,更多的信號原始特征被保留了下來。對于那些幅度小于一個(gè)量化步長的小信號來說,這種作用尤其有益,否則信號有可能完全丟失。
抖動(dòng)還有另一個(gè)好處。對于大多數(shù)信號,量化誤差被假定是隨機(jī)的,并且獨(dú)立于被編碼的信號。這種假設(shè)導(dǎo)致量化噪音幅度的根均方(rms)值為Q/根下12,Q代表量化步長。遺憾的是,正弦輸入的量化誤差與信號并不是獨(dú)立的,實(shí)際是以相同的周期變化的。結(jié)果在已量化的信號中就會(huì)出現(xiàn)與輸入信號的諧波相聯(lián)系的失真。當(dāng)在正弦信號上加入抖動(dòng)后,量化噪音就被隨機(jī)化了,但這要求抖動(dòng)噪音的根均方幅度最好為Q/根下12才能得到這種效果。抖動(dòng)的加入使噪音至少增加了一倍,也就意味著總信噪比改變了10log(1/2)=-3dB。加上抖動(dòng)后,信噪比降低為6.02N-1.24dB。盡管如此,其優(yōu)點(diǎn)在于,在整個(gè)奈奎斯特頻帶內(nèi)噪音頻譜是平坦的,對于重要信號諧波的平均影響較小。
高質(zhì)量的數(shù)字音頻系統(tǒng)必須具有大的動(dòng)態(tài)范圍。也就是說,它們必須能夠忠實(shí)地重現(xiàn)非常大和非常小的聲音,如音樂所要求的那樣。在數(shù)字音頻應(yīng)用中,動(dòng)態(tài)范圍定義為:
動(dòng)態(tài)范圍=20log(最大信號值/能夠從噪音中分辨出來的最小信號值)
動(dòng)態(tài)范圍主要取決于數(shù)字系統(tǒng)所采用的比特?cái)?shù),然而,可以采取其它一些能夠進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)字音頻系統(tǒng)的響應(yīng)能力的技術(shù),這其中就有抖動(dòng)和壓擴(kuò)。本文主要介紹抖動(dòng)。
在量化過程中,每一個(gè)模擬采樣必須映射到與它最接近的可用的數(shù)字電平。一個(gè)適當(dāng)黨校的信號能夠以合理的精度捕捉到,但是小信號有可能完全丟失。抖動(dòng)(Dither)通過另一種策略來改善這種情況,即采樣之前在模擬信號上加上少量的百噪音。噪音的頻譜是平坦的。量化后,信號的形狀具有新的奇妙的特性。信號的原始形狀可以通過計(jì)算這些點(diǎn)的滑動(dòng)平均恢復(fù)。這樣,信號在量化電平附近的變化就變得更明顯,更多的信號原始特征被保留了下來。對于那些幅度小于一個(gè)量化步長的小信號來說,這種作用尤其有益,否則信號有可能完全丟失。
抖動(dòng)還有另一個(gè)好處。對于大多數(shù)信號,量化誤差被假定是隨機(jī)的,并且獨(dú)立于被編碼的信號。這種假設(shè)導(dǎo)致量化噪音幅度的根均方(rms)值為Q/根下12,Q代表量化步長。遺憾的是,正弦輸入的量化誤差與信號并不是獨(dú)立的,實(shí)際是以相同的周期變化的。結(jié)果在已量化的信號中就會(huì)出現(xiàn)與輸入信號的諧波相聯(lián)系的失真。當(dāng)在正弦信號上加入抖動(dòng)后,量化噪音就被隨機(jī)化了,但這要求抖動(dòng)噪音的根均方幅度最好為Q/根下12才能得到這種效果。抖動(dòng)的加入使噪音至少增加了一倍,也就意味著總信噪比改變了10log(1/2)=-3dB。加上抖動(dòng)后,信噪比降低為6.02N-1.24dB。盡管如此,其優(yōu)點(diǎn)在于,在整個(gè)奈奎斯特頻帶內(nèi)噪音頻譜是平坦的,對于重要信號諧波的平均影響較小。
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