Отсечение (обработка сигнала)

Ограничение — это форма искажения , которая ограничивает сигнал , когда он превышает пороговое значение. Ограничение может произойти, когда сигнал записывается датчиком , который имеет ограничения на диапазон данных, которые он может измерять, это может произойти, когда сигнал оцифрован , или это может произойти в любой другой момент, когда аналоговый или цифровой сигнал преобразуется, особенно в наличие усиления или перерегулирования и недорегулирования .

Ограничение можно охарактеризовать как жесткое в тех случаях, когда сигнал строго ограничен порогом, создавая плоскую границу среза; или его можно назвать мягким в тех случаях, когда ограниченный сигнал продолжает следовать за оригиналом с уменьшенным усилением. Жесткое ограничение приводит к появлению множества высокочастотных гармоник ; Мягкое ограничение приводит к уменьшению количества гармоник высшего порядка и компонентов интермодуляционных искажений.

Аудио

Этот сигнал PCM обрезан между красными линиями.

В частотной области ограничение создает сильные гармоники в высокочастотном диапазоне (поскольку форма ограниченного сигнала приближается к прямоугольной ). Дополнительная высокочастотная обработка сигнала может сделать повреждение твитера более вероятным, чем если бы сигнал не был ограничен.

Многие электрогитаристы свои усилители (или вставляют «фузз-бокс»), чтобы намеренно перегружают вызвать ограничение и получить желаемый звук (см. Искажение гитары ).

В общем, искажения, связанные с ограничением, нежелательны и видны на осциллографе, даже если их не слышно. ^[1]

Изображения

В области изображения обрезка выглядит как ненасыщенные (размытые) яркие области, которые становятся чисто белыми, если отсекаются все цветовые компоненты . В цифровой цветной фотографии также возможно обрезание отдельных цветовых каналов, что приводит к неточной цветопередаче.

Причины

Аналоговая схема

Разработчик схем может намеренно использовать ограничитель или ограничитель, чтобы удерживать сигнал в желаемом диапазоне.

Когда усилитель вынужден создавать сигнал большей мощности, чем он может поддерживать, он будет усиливать сигнал только до максимальной мощности, после чего сигнал больше не будет усиливаться.

или Интегральная схема дискретный твердотельный усилитель не могут выдавать выходное напряжение, превышающее напряжение, которым он питается (обычно разброс напряжения составляет 24 или 30 В для операционных усилителей, используемых в оборудовании линейного уровня ).
может Вакуумная трубка перемещать только ограниченное количество электронов за определенное время, зависящее от ее размера, температуры и металлов.
Трансформатор ферромагнитный (чаще всего используемый между каскадами в ламповом оборудовании) замыкается, когда его сердечник становится электромагнитно насыщенным .

Цифровая обработка

При цифровой обработке сигналов ограничение происходит, когда сигнал ограничен диапазоном выбранного представления. Например, в системе, использующей 16-битные целые числа со знаком , 32767 является наибольшим положительным значением, которое может быть представлено, и если во время обработки амплитуда сигнала удваивается, значения выборки 32000 должны стать 64000, но вместо этого они усекаются до максимум - 32767. Отсечение предпочтительнее альтернативы в цифровых системах - переноса - который происходит, если цифровому оборудованию разрешено " переполняться ", игнорируя наиболее значимые биты величины, а иногда даже знак значения выборки, что приводит к сильное искажение сигнала.

Частоту обрезки можно значительно уменьшить, используя числа с плавающей запятой вместо целых чисел. Однако числа с плавающей запятой обычно менее эффективны в использовании, иногда приводят к потере точности , и они все равно могут обрезаться, если число слишком велико или мало.

Как избежать обрезки

Ограничение можно обнаружить, просмотрев сигнал (например, на осциллографе) и заметив, что вершины и основания волн больше не являются гладкими. При работе с изображениями некоторые инструменты могут выделять все пиксели чисто белые , позволяя пользователю идентифицировать более крупные группы белых пикселей и решать, не произошло ли слишком сильное отсечение.

Чтобы избежать ограничения, сигнал можно динамически уменьшать с помощью ограничителя . Если не делать это осторожно, это все равно может вызвать нежелательные искажения, но предотвращает полную потерю данных.

Восстановление обрезанного сигнала

При возникновении клиппирования часть исходного сигнала теряется, поэтому идеальное восстановление невозможно. Таким образом, гораздо предпочтительнее вообще избегать обрезки. Однако, когда ремонт является единственным вариантом, цель состоит в том, чтобы создать правдоподобную замену обрезанной части сигнала.

См. также

Ссылки

^ Зоттола, Тино (1996). Обслуживание ламповых, гитарных и басовых усилителей . Смелый Страммер. п. 6. ISBN 0-933224-97-4 .

[1] Зоттола, Тино (1996). Обслуживание ламповых, гитарных и басовых усилителей . Смелый Страммер. п. 6. ISBN 0-933224-97-4 .

[1]