Полный масштаб

В электронике и сигналов обработке полная шкала представляет собой максимальную амплитуду, которую может представить система.

В цифровых системах сигнал считается полномасштабным, когда его величина достигла максимально представимого значения. Как только сигнал достигнет полной цифровой шкалы, весь запас будет использован, и любое дальнейшее увеличение амплитуды приведет к ошибке, известной как ограничение . Амплитуда цифрового сигнала может быть представлена в процентах; полномасштабный; или децибелы, полная шкала (dBFS).

В аналоговых системах полная шкала может определяться максимальным доступным напряжением или максимальным отклонением ( отклонение полной шкалы или FSD ) или показанием аналогового прибора, такого как измеритель с подвижной катушкой или гальванометр .

Двоичное представление

Поскольку диапазон представления двоичных целых чисел асимметричен, полная шкала определяется с использованием максимального положительного значения, которое может быть представлено. ^[1]^[2] Например, 16-битный звук PCM сосредоточен на значении 0 и может содержать значения от –32 768 до +32 767. Сигнал находится в полном масштабе, если он достигает от -32 767 до +32 767. (Это означает, что −32 768, минимально возможное значение, немного превышает полную шкалу.)

При обработке сигналов на рабочих станциях цифрового аудио часто используется арифметика с плавающей запятой , которая может включать в себя значения, выходящие за пределы полной шкалы, чтобы избежать ограничения на промежуточных этапах обработки. В представлении с плавающей запятой полномасштабный сигнал обычно определяется в пределах от –1,0 до +1,0. ^[3]^[4]

Обработка

Сигнал проходит через фильтр сглаживания , повторной выборки или восстановления , который может немного увеличить пиковую амплитуду из-за звона .

цифровыми данными, может Аналоговый сигнал, представленный превышать полную шкалу цифрового сигнала, даже если цифровые данные этого не делают, и наоборот. При преобразовании в аналоговый формат проблем с ограничением не возникает, если аналоговая схема цифро -аналогового преобразователя хорошо спроектирована.

Если полномасштабный аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с достаточной частотой дискретизации, а затем реконструируется , теорема Найквиста гарантирует, что в аналоговой области не будет проблем из-за «пиковых» проблем, поскольку восстановленный аналоговый сигнал будет точной копией. исходного аналогового сигнала. (Однако, если сигнал нормализован в цифровой области, он может содержать «межвыборочные пики», которые после аналоговой реконструкции превышают полную шкалу.) ^[5]

Ссылки

^ «Стандарт AES » AES17-2015: Стандартный метод AES для цифровой аудиотехники — Измерение цифрового аудиооборудования» . www.aes.org . Проверено 29 апреля 2016 г. амплитуда синусоидального сигнала частотой 997 Гц, положительное пиковое значение которого достигает положительной цифровой полной шкалы, оставляя отрицательный максимальный код неиспользованным. П р и м е ч а н и е — В представлении с дополнением до 2 отрицательный пик находится на расстоянии 1 младшего разряда от отрицательного максимального кода.
^ «IEC 61606-3:2008 Аудио и аудиовизуальное оборудование. Детали цифрового звука. Основные методы измерения характеристик звука. Часть 3. Профессиональное использование» . Международная электротехническая комиссия . 2008 год . Проверено 27 июля 2018 г. амплитуда синусоиды 997 Гц, пиковая положительная выборка которой только достигает положительного цифрового полномасштабного значения (в дополнении до 2 двоичное значение 0111…1111, чтобы составить длину слова) и чья пиковая отрицательная выборка только достигает значения, отличающегося на единицу от отрицательного цифрового полномасштабный (1000…0001 для составления длины слова), оставляя максимальный отрицательный код (1000…0000) неиспользованным
^ «Спецификации волновых файлов» . Лаборатория телекоммуникаций и обработки сигналов Университета Макгилла . Проверено 3 мая 2020 г. Для данных с плавающей запятой полная шкала равна 1.
^ «Руководство пользователя Adobe Audition» (PDF) . 32-битное нормализованное число с плавающей запятой 0,24 (тип 3 – 32 бита) — это стандартный формат с плавающей запятой для файлов .wav типа 3. Значения нормализованы в диапазоне +/- 1,0.
^ Нильсен, Сорен Х.; Лунд, Томас. «Уровни 0dBFS+ в цифровом мастеринге» (PDF) . ТК Электроник А/С . Дания. Архивировано из оригинала (PDF) 2 мая 2019 г. Проверено 27 июля 2018 г.

[1] «Стандарт AES » AES17-2015: Стандартный метод AES для цифровой аудиотехники — Измерение цифрового аудиооборудования» . www.aes.org . Проверено 29 апреля 2016 г. амплитуда синусоидального сигнала частотой 997 Гц, положительное пиковое значение которого достигает положительной цифровой полной шкалы, оставляя отрицательный максимальный код неиспользованным. П р и м е ч а н и е — В представлении с дополнением до 2 отрицательный пик находится на расстоянии 1 младшего разряда от отрицательного максимального кода.

[2] «IEC 61606-3:2008 Аудио и аудиовизуальное оборудование. Детали цифрового звука. Основные методы измерения характеристик звука. Часть 3. Профессиональное использование» . Международная электротехническая комиссия . 2008 год . Проверено 27 июля 2018 г. амплитуда синусоиды 997 Гц, пиковая положительная выборка которой только достигает положительного цифрового полномасштабного значения (в дополнении до 2 двоичное значение 0111…1111, чтобы составить длину слова) и чья пиковая отрицательная выборка только достигает значения, отличающегося на единицу от отрицательного цифрового полномасштабный (1000…0001 для составления длины слова), оставляя максимальный отрицательный код (1000…0000) неиспользованным

[3] «Спецификации волновых файлов» . Лаборатория телекоммуникаций и обработки сигналов Университета Макгилла . Проверено 3 мая 2020 г. Для данных с плавающей запятой полная шкала равна 1.

[4] «Руководство пользователя Adobe Audition» (PDF) . 32-битное нормализованное число с плавающей запятой 0,24 (тип 3 – 32 бита) — это стандартный формат с плавающей запятой для файлов .wav типа 3. Значения нормализованы в диапазоне +/- 1,0.

[5] Нильсен, Сорен Х.; Лунд, Томас. «Уровни 0dBFS+ в цифровом мастеринге» (PDF) . ТК Электроник А/С . Дания. Архивировано из оригинала (PDF) 2 мая 2019 г. Проверено 27 июля 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]