Скоростная выборка сигнала

Уже было отмечено, что в процессе кодирования КД скорость осу­ществления выборки аудиосигнала составляет 44,1 кГц, что более чем достаточно для типичного звукового диапазона от 0 до 20 кГц. Про­игрыватели КД с реальной скоростью выборки снимают цифровую информацию с той же тактовой частотой (44,1 кГц), с которой про­водилась выборка при записи аудиосигнала. Однако в таких проиг­рывателях необходимы аналоговые фильтры с очень крутыми фрон­тами для фильтрации цифровой составляющей выходного сигнала с ЦАП со всеми присущими таким фильтрам недостатками. Для то­го, чтобы упростить фильтрацию аналоговых сигналов, восстанавли­ваемых ЦАП проигрывателя КД, в настоящее время используется спо­соб скоростной выборки (oversampling), осуществляемый с помощью цифровых фильтров и выполняющий функцию предварительной фильтрации.

При использовании способа скоростной выборки (OS) сигнал при воспроизведении считывается с кажущейся более высокой так­товой частотой, чем частота, с которой проводилась выборка при за­писи. Тактовая частота при двухкратном OS составляет 88,2 кГц (44,1х2=88,2 кГц). Соответственно тактовая частота при четырехкрат­ном - 176,4 кГц, при 8-кратном - 352,8 кГц.

Разумеется, дополнительные величины при OS не считываются с компакт-диска, так как они на него просто не занесены. Эти ве­личины, возникающие дополнительно при OS, вставляются между первоначальными снимаемыми значениями (интерполируются).

При двухкратном OS после ЦАП в проигрывателях КД необхо­дим более простой ФНЧ, который дает возможность избежать неже­лательных воздействий фильтрации в области высоких частот. Но так как возникающий спектр помех в этом случае требует еще соответствующей фильтрации, так как он лежит вплотную к слышимому диапазону, вполне понятно стремление еще более по­вышать частоту считывания (выборки) при воспроизведении. Кро­ме всего прочего, шумы квантования при OS распределяются по го­раздо большей частотной области, что после фильтрации приводит к повышению отношения сигнал/шум. Аналоговый ФНЧ можно использовать со значительно меньшей крутизной фронта.

Увеличение динамического диапазона за счет снижения шумов квантования происходит из-за того, что помеховые шумы сдвигают­ся в область более высоких частот из-за соответственно увеличенной частоты выборки (88,2, 176,4, или 352,8 кГц). При частоте 88,2 кГц первая разностная частота составляет 88,2-20=68,2 кГц, так что по­следующий ФНЧ может иметь малую крутизну фронта (среза) и при этом не оказывает влияния на качество звучания.

При 8- и 16-кратных скоростях выборки необходимые ЦАП долж­ны обладать очень высокой скоростью преобразования, так как они имеют дело с повышенной плотностью потока преобразуемых в ре­альное время данных. Так как в настоящее время таких скоростных (353 или 705 кГц) преобразователей нет, весь поток данных делит­ся. Это означает, что в реальное время каждая часть содержит ко­личество данных, снятых с частотой 176 кГц.