عمق بیت و دیتر

متداول ترین حامل صدای دیجیتال دیسک فشرده است. از آن جایی که دیسک یک سیستم ۱۶ بیتی (با ۱۶ بیت Word Length) می باشد منطقی است که داده ها توسط سیستم ۱۶ بیت ضبط شده و توسط سیستم ۱۶ بیت پردازش شده و در نهایت روی سیستم ۱۶ بیت تحویل شود ولی متاسفانه ماجرا به این سادگی نیست.

خطای کوانتایزینگ :

کوانتایزینگ Quantizing که مرحله مهمی از تبدیل آنالوگ به دیجیتال است پردازشی است که سیگنال پیوسته آنالوگ ورودی را به داده های گسسته دیجیتالی معادل تبدیل می کند و به این صورت است که کوانتایزر بطور منظم به سیگنال ورودی نگاه کرده و آن را به نزدیکترین معادل دیجیتال تبدیل می کند. تابع تبدیل کوانتایزر یک شکل پلکانی (شکل ۱) و غیر خطی است که هر مقدار دلخواه ورودی (روی محور افقی) را به یکی از مقادیر از پیش تعیین شده خروجی (روی محور عمودی) نسبت می دهد.

غیر خطی بودن تابع تبدیل باعث ایجاد دیستورشن Distortion می شود. در حقیقت چند مقدار نزدیک به هم ورودی دارای معادل دیجیتال مشترکی خواهد بود. این خطا را “خطای کوانتایزینگ” Quantizing Error می نامند و می توان آن را با افزایش دامنه سیگنال آنالوگ ورودی و همچنین افزایش تعداد بیت های مبدل کاهش داد.

برای یک سیستم ۱۶ بیتی، ۲ به توان ۱۶ حالت متفاوت یعنی ۱۶۵۳۵ حالت وجود دارد که برای زمانی که دامنه سیگنال ورودی بزرگ است کاملا کافی به نظر می رسد ولی هنگامیکه دامنه سیگنال ورودی بسیار کوچک باشد خطای کوانتایزینگ باعث ایجاد دستورشن خواهد گردید که تولید هارمونیک های اضافه خواهد کرد و چون کوانتایزر بعد از فیلتر Anti-Aliasing قرار دارد آن دسته از هارمونیک ها که فرکانسی بالاتر از نصف فرکانس نمونه برداری دارند تولید Aliasing خواهند کرد.

Aliasing باعث تولید فرکانس های جدید غیر هارمونیک شده که حاصل آن تولید نویز ضعیف ولی ناخوشایندی به نام Birdsinging است که صدای سوت مانندی دارد. همچنین تداخل این فرکانس های جدید باعث Intermodulation Distortion خواهند شد.

دیتر آنالوگ :

برای حل این مشکل از سیگنالی به نام دیتر (Dither) استفاده می شود که سیگنالی اتفاقی و نویز مانند (با دامنه قله به قله ۱ بیت) است و باعث حذف خطای کوانتایزینگ و خطی شدن سیستم می شود. با اضافه کردن دیتر به سیگنال، این سیگنال از آستانه تبدیل عبور کرده و خروجی را غیر صفر خواهد نمود. بنابراین سیستم قادر به تشخیص و تبدیل ورودی های کمتر از ۱ بیت خواهد شد و تابع تبدیل سیستم از شکل پلکانی به شکل خطی تغییر خواهد یافت.

دیتر دیجیتال :

حتی پس از تبدیل سیگنال ورودی آنالوگ به دیجیتال به کمک دیتر آنالوگ، نیاز به استفاده مجدد از دیتر (در حوزه دیجیتال) وجود خواهد داشت. هر نوع پردازش دیجیتال (DSP) از قبیل تغییر دامنه و استفاده از افکت های دیجیتال باعث افزایش Wordlength خواهد شد.

انواع دیتر :

دیتر با تابع توزیع احتمال مربعی (Rectangular Probability Distribution Function)

دیتر با تابع توزیع احتمال مثلثی (Traingular Probability Distribution Function)

دیتر با تابع توزیع احتمال گوسی (Gaussian Probability Distribution Function)

شکل دادن نویز حاصل از دیتر (Noise Shaping) :

همان طور که گفته شد به کمک دیتر می توان کوانتایزینگ را خطی کرد. بهایی که برای این مزیت پرداخته می شود افزایش تراز نویز زمینه سیستم به میزان ۳ تا ۵ دسی بل است. برای جبران این افزایش نویز از روشی به نام شکل دادن نویز استفاده می شود که با فیلتر کردن (Equalizing) دیتر، مقدار آن را در فرکانس های میانی که حساسیت گوش زیاد است (حول و حوش ۳ KHz) کمتر کرده و در فرکانس های بالاتر از  ۸KHz که حساسیت گوش کمتراست، افزایش می دهند.

به این ترتیب با وجود آن که مقدار متوسط انرژی نویز ثابت است پاسخ فرکانسی آن تغییر کرده و ما نویز کمتری را احساس می کنیم.

نویسنده : ارد انزابی پور
منبع : صنعت صدا و تصویر

مقالات مرتبط :

نمونه برداری دیجیتال و پارامتر های آن