Устройство для преобразования цифровых сигналов в аналоговую

Точность, скорость и стабильность работы – обязательные условия для техники, обрабатывающей цифровые и аналоговые сигналы. Телевидение предлагает пользователям высокое качество изображения и звука за счет обеспечения стабильной передачи сигнала по современным телекоммуникациям.

Чем отличается аналоговый сигнал от цифрового

Различие аналогового и цифрового сигнала состоит в кодировке, которая используется для его передачи. Оцифровку сигнала производит аналого-цифровой преобразователь, после чего до принимающего устройства доходит качественное изображение и звук.

В отличие от цифрового, аналоговый сигнал может быть частично искажен, в то время как цифровой либо отсутствует полностью, либо предоставляет отличное качество.

Аналоговые сигналы воспринимаются только теми устройствами, которые работают по тому же принципу, что и передатчик, цифровой сигнал может передаваться на множество различных цифровых устройств. Кроме этого, цифровая кодировка защищена от несанкционированного доступа: для расшифровки двоичного кода необходимо иметь адрес устройства – приемника.

Цифровая обработка сигналов

Процесс оцифровки сигналов представляет собой преобразование непрерывного аналогового сигнала в дискретный цифровой.

Для фильтрации помех в ходе этого процесса используются цифровые сигнальные процессоры – вычислительные устройства, работающие в реальном времени и обрабатывающие сигналы, поступающие с постоянной скоростью.

Цифровой обработке поддаются не только непрерывно поступающие сигналы, но и данные, записанные на носителях. В этом случае показатель скорости процессора не так важен: данные все равно сохранены для обработки.

Существует временная и частотная обработка сигналов, первый тип требует применения осциллографов. Обработка сигналов и изображений с помощью вейвлетов позволяет улучшать нестационарные, прерывистые и особенные виды сигналов.

Как усилить сигнал цифрового ТВ

Качество изображения на цифровом телевизоре зависит от многих факторов: условий эксплуатации, выбора правильного метода установки, конструктивных особенностей прибора, физической удаленности ретранслятора.

В итоге, качество изображения не всегда стабильно, имеют место помехи, с которыми можно бороться с помощью автономных усилительных устройств.

Подобные приборы способны:

  • принимать самый слабый телевизионный сигнал;
  • снижать коэффициент помех до минимального значения;
  • улучшать качество сигнала в нескольких диапазонах.

Усилители применяются как доступный по цене аналог замены антенны, но при этом приборы могут перегружаться от мощных сигналов, восприимчивы к грозовым разрядам.

Цифровая фильтрация сигналов

Цифровые фильтры восстанавливают искаженные сигналы и подавляют частоты, не относящиеся к диапазону вещания.

Принципиальное устройство фильтра представляет собой линейную систему, которая реагирует на скачки сигнала и воспринимает определенную частоту сигналов.

В зависимости от функций, фильтры разделяются на несколько типов:

  • фильтры для нижних частот задерживают составляющие сигнала, находящиеся выше указанного значения;
  • фильтры верхних частот пропускают сигналы, находящиеся выше указанной частоты. Это значение еще называют частотой останова;
  • полосовые фильтры пропускают сигналы, которые находятся в определенном интервале частот.

Качественный фильтр определяется:

  • временем нарастания сигнала;
  • отсутствием перерегулирования;
  • шириной полосы останова;
  • равномерностью полосы пропускания.

Если все указанные показатели высоки, после обработки фильтром сигнал получается четким, передается со стабильной скоростью.

Декодирование цифрового сигнала

Процедура декодирования сигнала направлена на улучшение качества воспроизводимого изображения или звука, которые исходят из центрального устройства не периферийные проекторы и презентационные системы.

Визуально работу декодера характеризует высокая точность воспроизведения изображения. Декодеры поставляются с возможностью приема кодированных сигналов в сжатом виде и дальнейшей передачи этих сигналов на дешифратор.

Оборудование применяется при создании копий аудиовизуальных материалов и при передаче сигналов на устройства, расположенные на значительном удалении. Например, цифровой декодер используется, как прибор для подключения услуги спутникового цифрового телевидения.

Как преобразовать аналоговый сигнал в цифровой для ТВ

Владельцы старых моделей телевизоров не всегда имеют возможность обновить технику до современной цифровой. В таком случае к антенне, принимающей сигналы, необходимо подключить аналого-цифровой преобразователь. Подобное устройство способно принимать цифровой сигнал, переводить его в аналоговый, и в таком виде транслировать на телевизоре.

В итоге владельцы преобразователя пользуются стабильным вещанием и высоким качеством цифрового телевидения, не меняя при этом свою технику на более дорогостоящую и современную.

Большинство подобных приборов автоматически ищет цифровые каналы для подачи на телевизор владельца.

Устройство, производящее преобразование аналоговых сигналов в цифровые

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) создает дискретный код из стандартного аналогового сигнала, в его задачу входит трансформация определенной величины напряжения в двоичный код, доступный цифровой технике.

Показатель эффективности работы сигнала — его разрядность, которая показывает количество дискретных значений, доступных к выдаче за один цикл работы. В зависимости от кодировки отдельного прибора, это значение выдается в битах или тритах.

Читайте также:  Нет накала на кинескопе телевизора

В зависимости от типа преобразования, выделяются АЦП прямого, последовательного и параллельного вида. Распространены конвейерные модификации, сочетающие в себе несколько ступеней. Показатель производительности устройства – частота дескретизации, то есть частота, с которой производятся цифровые значения на основе поступающего аналогового сигнала.

Устройство преобразующее цифровой сигнал в аналоговый

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство для перевода двоичного кода в непрерывный ток. На входе прибор получает импульсно-кодовую модуляцию, которая расшифровывается с помощью соответствующих кодеков.

Производительность оборудования определяется разрядностью, частотой дискретизации, монотонность и динамическим диапазоном, в котором может работать преобразователь.

Современные преобразователи относятся к классу микроконтроллеров, простейший из них – широтно-импульсный модулятор. Эта разновидность прибора позволяет управлять скоростью электрических машин, применяется в высококлассной аудиотехнике.

ЦАП располагаются в начале аналоговой системы, поэтому их производительность определяет быстродействие всей цепочки, ее устойчивость к внешним воздействиям.

Преобразователи цифрового сигнала в аналоговый для телевизора

Конвертеры видеосигнала – оборудование для преобразования дискретного кода в непрерывный поток напряжения. Как правило, подобное оборудование используется для телевизоров или проекторов.

В основе конструкции – небольшая плата, на которой установлена программа конвертирования цифрового кода в композитный сигнал. Конструктивно элемент представляет собой флэш-память с простым последовательным интерфейсом.

Нередко подобные устройства снабжаются технологией улучшения видео, что позволяет владельцам получать стабильный сигнал высокого качества.

Производители и поставщики устройств декодирования

Устройства декодирования часто всходят в состав другого оборудования для передачи и приема разных по назначению и технических характеристикам сигналов. Поэтому производители и поставщики предлагают весь спектр необходимой аппаратуры.

В перечень поставщика приборов для организации видеонаблюдения широкого профиля «Merlion» входят современные декодеры, преобразующие различные типы аналоговых и цифровых сигналов.

«MS Max» – компания, специализирующаяся на продажах оборудования для кинопроизводства, оснащения студий и радиостанций. Клиентам предлагается широкий выбор специализированной техники, в том числе цифро-аналоговых декодеров для телевизоров старых моделей.

«Телеком СБ» – поставщик специализированной техники для обеспечения безопасности и установки охранных систем на объектах различного назначения. В ассортимент входят готовые решения для видеонаблюдения и отдельные единицы аппаратуры.

Причины пропадания цифрового сигнала

Чаще всего качество вещания цифрового телевизора страдает из-за неправильного расположения коаксиального кабеля. По этой причине сигнал гасится, доходя до телевизора в слабом, урезанном виде.

Изображение может ухудшаться, если телевизор расположен вблизи вышки или мощной комнатной антенны. В таком случае ТВ-тюнер в автоматическом режиме гасит слишком интенсивный сигнал, рождая помехи.

Нет сигнала цифрового телевидения, что делать

Распространенной причиной отсутствия сигнала цифрового телевидения является некорректно подключенное оборудование. Нередки случаи поломок антенны, неплотной стыковки отдельных элементов. Возможной причиной отсутствия сигнала является удаленность от центральной антенны.

Решение проблемы:

  • проверка оборудования на предмет функционирования;
  • установка усилителей сигнала;
  • вызов мастера с целью повторного монтажа кабеля.

Больше о цифровых сигналах на выставке

На выставке «Связь» представлено большое кол-во профессионального оборудования для работы с цифровыми сигналами.

На экспозиции можно ознакомиться с последними достижениями техники в области преобразования сигналов и качественной передачи изображения и звука.

В ходе работы выставки можно узнать об особенностях цифрового стандарта вещания, который необходим для непрерывной передачи сигнала и обеспечения высокого качества изображения и звука.

Вступление

Типы сигналов

Прежде чем разбираться в самих преобразованиях нужно знать, какие сигналы существуют. А их 3 типа:

  • Аналоговые
  • Дискретные
  • Цифровые

Аналоговые – это сигналы непрерывные во времени, они определены во все моменты времени.
Дискретные – это сигналы представленные последовательностью отсчётов, т.е. значениями сигналов в дискретные моменты времени.
Цифровые – это сигналы дискретные во времени (или в пространстве) и квантованные по уровню. Вычислительные процедуры в компьютере выполняются именно в цифровых сигналах.

Для того, что бы компьютер мог выполнить обработку сигнала необходимо выполнить преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую.
После обработки выполняется обратное преобразование, поскольку большинство бытовых устройств управляются аналоговыми сигналами.

Структурная схема цифровой обработки сигнала в общем виде выглядит следующим образом:

Аналого-цифровое преобразование сигнала

Аналого-цифровое преобразование сигнала включает в себя два этапа:

  1. Дискретизация сигнала (во времени или пространстве)
  2. Квантование по уровню

На этапе дискретизации берутся отсчёты сигнала с некоторым периодом дискретизации (Т).
Частоту дискретизации можно определить по формуле

Процесс получения отсчёта входного сигнала должен занимать очень малую часть периода дискретизации, что бы снизить динамические ошибки преобразования, обусловленные изменением сигнала за время снятия отсчёта.

Частота дискретизации выбирается из теоремы Котельникова. В ней утверждается, что для того что бы по отсчётам сигнала можно было бы сколь угодно точно восстановить непрерывный сигнал необходимо что бы частота дискретизации не менее чем в два раза превосходила верхнюю частоту спектра дискретизируемого сигнала.

Любой сигнал имеет своё спектральное представление. Любое представление сигнала – это представление в виде суммы (или интеграла) гармонических составляющих (синусоид и косинусоид), различных частот взятых с определёнными весовыми коэффициентами (имеющими определённую амплитуду)
Для периодических сигналов это сумма, для непериодический – интеграл.
Переход к спектру сигнала осуществляется с помощью прямого преобразования Фурье.

Читайте также:  Как сделать ярусную грядку

Рассмотрим переход к спектральному представлению в виде периодической функции:

Как известно периодическая функция удовлетворяющая условию Дирихле может быть представлена рядом гармонических функций.

По формуле Эйлера любое выражение можно представить в виде
— частота первой гармоники

— частота n-ой гармоники

— круговая частота n-ой гармоники

— комплексная амплитуда гармоники, где — фазовый спектр.

Совокупность амплитуд гармоник ряда Фурье называется амплитудным спектром, а совокупность их фаз называется фазовым спектром.

Для непериодический функции , а тогда заменяется непрерывно изменяющейся частотой => сумма заменяется интегралом.

Прямое преобразование Фурье для непериодического сигнала

Таким образом спектр непериодической функции представляется суммой бесконечного количества гармонических колебаний, частоты которых расположены бесконечно близко друг к другу.

Квантование сигнала по уровню

Количество уровней квантования определяется по формуле
n — количество разрядов
N — уровень квантования

Выбор количества уровней квантования сигналов производится на основе компромиссного подхода, учитывающего с одной стороны необходимость достаточно точного представления сигнала, что требует большого числа уровней квантования, а с другой стороны количество уровней квантования должно быть меньше, что бы разрядность кода была минимальной.

На этом я закончу свою статью, что бы не перегружать читателя лишней информацией. Удачи в начинаниях!

АЦП, ЦАП: зачем нужен преобразователь аудиосигнала?

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.

Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате. И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку. Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.

Аудиосигнал, прошедший через низкокачественный ЦАП

ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.

Если у мобильного устройства есть цифровой выход (S/PDIF или USB), можно подключить к нему внешний ЦАП — это гарантирует высокое качество преобразования цифрового звука в аналоговый.

Кроме того, внешний ЦАП может оказаться очень полезным при прослушивании музыки, записанной в loseless-форматах (форматах записи аудио без потерь качества) с высокой дискретизацией, обеспечивающей максимальное подобие записи и оригинала. Поскольку распространяются такие записи, в основном, через Интернет, часто их прослушивают прямо с компьютера. Но качественная звуковая карта редко встречается на ноутбуках и планшетах, да и встроенные в материнскую плату десктопного компьютера звуковые карты не отличаются высоким качеством. И в этом случае весь смысл прослушивания loseless музыки теряется абсолютно. Ситуацию можно исправить, если на компьютере есть цифровой аудиовыход, например, S/PDIF. Подключив к нему ЦАП с частотой дискретизации и разрядностью не меньшей, чем у прослушиваемой записи, можно получить аналоговый сигнал высокого качества.

Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.

АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.

Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.

Характеристики преобразователей аудиосигнала.

Количество отсчетов в секунду — частота дискретизации

Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.

Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия. Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.

Читайте также:  Рейтинг турников для дома

Зеленым цветом показан исходный аудиосигнал, состоящий из нескольких гармоник, близких к 20 кГц. Малиновым цветом обозначен цифровой сигнал, дискретизированный с частотой 44.1 кГц. Синим цветом обозначен аналоговый сигнал, восстановленный из цифрового. Хорошо заметны потери в начале и конце отрезка.

Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.

Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.

Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум. У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум. Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.

Чем выше разрядность, тем выше точность измерения или восстановления амплитуды сигнала

Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования.

Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.

Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение. И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.

Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.

При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.

Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.

Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.

ЦАП должен иметь цифровой вход – это может быть S/PDIF, USB или Bluetooth. Выход у ЦАП аналоговый — «джек» (jack) или «тюльпаны» (RCA). У АЦП все наоборот – аналоговый вход и цифровой выход. Хорошо, если преобразователь имеет несколько различных входов и выходов – это расширяет возможности по подключению к нему различных устройств. Если же вход на преобразователе один, убедитесь, что аналогичный выход есть на устройстве, к которому предполагается его подключать.

Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно. Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.

Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут. Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *