샘플율 변환

Sample-rate conversion

샘플링 속도 변환, 샘플링 주파수 변환 또는 재샘플링은 이산 신호의 샘플링 속도 또는 샘플링 주파수를 변경하여 기본 연속 신호의 새로운 이산 표현을 얻는 과정이다.[1] 적용 영역에는 이미지 스케일링[2] 및 시청각 시스템이 포함되며, 여기에는 엔지니어링, 경제적 또는 역사적 이유로 서로 다른 샘플링 속도가 사용될 수 있다.

예를 들어 콤팩트 디스크 디지털 오디오와 디지털 오디오 테이프 시스템은 서로 다른 샘플링 속도를 사용하며, 미국 텔레비전, 유럽 텔레비전, 영화 모두 다른 프레임률을 사용한다. 샘플링 속도 변환은 그러한 시스템 간에 기록된 물질을 전송할 때 발생할 수 있는 속도와 피치의 변화를 방지한다.

보다 구체적인 유형의 재샘플링에는 업샘플링 또는 업스케일링, 다운샘플링, 다운스케일링 또는 소멸, 보간 등이 포함된다. 멀티 레이트 디지털 신호 처리라는 용어는 샘플 레이트 변환을 통합하는 시스템을 지칭하기 위해 가끔 사용된다.

기술

샘플링 속도 변환에 대한 개념적 접근방식으로는 아날로그 연속 신호로 변환한 다음 새로운 속도로 다시 샘플링하거나 이전 샘플에서 직접 새 샘플의 값을 계산하는 방법이 있다. 후자의 접근방식은 소음과 왜곡이 적기 때문에 더 만족스럽다.[3] 가능한 두 가지 실행 방법은 다음과 같다.

  1. 두 표본 비율의 비율이 고정된 합리수 L/M:[A][4] 각 표본 사이에 L - 1 0을 삽입하여 중간 신호를 생성한다. 저역 통과는 이 신호를 두 비율 중 낮은 비율의 절반으로 여과한다. 필터링된 출력에서 모든 M-th 샘플을 선택하여 결과를 얻으십시오.[5]
  2. 표본을 기하학적 점으로 처리하고 보간법으로 필요한 새 점을 작성한다. 보간법을 선택하는 것은 (응용프로그램 요건에 따라) 구현 복잡성과 전환 품질 사이의 절충이다. 일반적으로 사용되는 것은 ZOH(필름/비디오 프레임의 경우), 큐빅(이미지 처리용) 및 윈도우 싱크 기능(오디오용)이다.

두 가지 방법은 수학적으로 동일하다: 두 번째 방법에서 보간 함수를 선택하는 것은 첫 번째 방법에서 필터의 충격 반응을 선택하는 것과 같다. 선형 보간술은 삼각충동반응에 해당하며, 창문이 있는 sinc는 벽돌벽 필터에 가깝다(점수가 증가함에 따라 바람직한 "브릭월" 필터에 접근한다). 방법 1에서 필터의 임펄스 응답 길이는 방법 2에서 보간에서 사용되는 점의 수에 해당한다.

방법 1에서는 느린 사전 컴퓨팅(예: Remez 알고리즘)을 사용하여 최적의 (응용 프로그램 요건당) 필터 설계를 얻을 수 있다. 방법 2는 샘플링 속도 비율이 합리적이지 않거나, 두 개의 실시간 스트림을 수용해야 하거나, 샘플링 속도가 시간 변동을 일으키는 등 더 일반적인 경우에 작동한다.

샘플링 속도 변환 필터 설계/구현에 대한 자세한 내용은 소멸 및 업샘플링을 참조하십시오.

예

영화와 텔레비전

아폴로 달 임무에서 나오는 저속 스캔 TV 신호는 가정에서 시청자들을 위한 재래식 TV 요금으로 전환되었다. 당시에는 디지털 보간 체계가 실용적이지 못하여 아날로그 변환이 사용되었다. 이것은 아폴로 저속 스캔 이미지를 표시하는 모니터를 시청하는 TV 속도 카메라에 바탕을 두고 있었다.[6]

영화(초당 24프레임으로 촬영)는 텔레비전(초당 50~60개 필드로[B] 촬영)으로 전환된다. 예를 들어, 24 프레임/sec 동영상을 60개의 필드/sec 텔레비전으로 변환하려면 대체 영화 프레임이 각각 2회, 3회 표시된다. PAL과 같은 50Hz 시스템의 경우 각 프레임이 두 번 표시된다. 50은 정확히 2×24가 아니기 때문에, 영화는 50/48 = 4% 더 빨리 상영될 것이고, 오디오 피치는 4% 더 높아질 것이며, PAL 스피드 업이라고 알려진 효과일 것이다. 이는 단순함을 위해 종종 받아들여지지만, 러닝 시간과 피치를 보존하는 더 복잡한 방법이 가능하다. 12번째 프레임마다 두 번이 아닌 세 번 반복하거나, 비디오 스칼러에 디지털 보간(위 참조)을 사용할 수 있다.

오디오

콤팩트 디스크의 오디오는 샘플링 속도가 44.1kHz로, 48kHz를 사용하는 디지털 매체로 전송하기 위해서는 위의 방법 1을 L = 160, M = 147(48000/44100 = 160/147)과 함께 사용할 수 있다.[5] 역변환을 위해 L과 M의 값이 교환된다. 위의 두 경우 모두 로우패스 필터를 22.05kHz로 설정해야 한다.

참고 항목

다차원에서의 샘플링 속도 변환:

샘플링 속도 변환을 수반할 수 있는 기술 및 처리:

메모들

  1. ^ 예를 들어, 1개의 동일 온도 세미톤에 해당하는 불합리한 비율1/12 2는 196/185(대략 0.99994 세미톤)까지 근사치가 될 수 있다.
  2. ^ 필드는 간격 프레임의 절반이며 홀수 또는 짝수 선일 뿐이다.

참조

  1. ^ Oppenheim, Alan V.; Schafer, Ronald W.; Buck, John R. (1999). Discrete-time signal processing (2nd ed.). Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall. ISBN 0-13-754920-2. https://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_24/ourdev_523225.pdf에서도 이용 가능
  2. ^ Lyons, Richard (2010). "10. Sample Rate Conversion". Understanding Digital Signal Processing. Prentice Hall. ISBN 978-0137027415. In satellite and medical image processing, sample rate conversion is necessary for image enhancement, scale change, and image rotation
  3. ^ Antoniou, Andreas (2006). Digital Signal Processing. McGraw-Hill. p. 830. ISBN 0-07-145424-1. An alternative and more satisfactory approach...
  4. ^ Partch, Harry (2009). Genesis of a Music (Second ed.). Da Capo Press. p. 101. ISBN 978-0306801068. The ratios of the "equal semitone" are, with progressive accuracy: 18/17, 89/84, 196/185
  5. ^ a b Rajamani, K.; Yhean-Sen Lai; Furrow, C. W. (2000). "An efficient algorithm for sample rate conversion from CD to DAT" (PDF). IEEE Signal Processing Letters. 7 (10): 288. doi:10.1109/97.870683.
  6. ^ Bill Wood (2005). "Apollo Television" (PDF). NASA. RCA 저속 스캔 컨버터 사용 섹션을 참조하십시오.

추가 읽기

외부 링크