음성인터페이스 : SAMPLING RATE CONVERSION, UP, DOWN SAMPLING : 개념, 동작 원리

샘플링 레이트 변환이란 무엇입니까?

이름에서 알 수 있듯이 디지털 신호의 샘플링 속도를 한 속도에서 다른 속도로 변환하는 프로세스를 샘플링 레이트 컨버전이라고 합니다. 이미 샘플링된 신호의 속도를 높이는 것은 업샘플링이지만 ​​속도를 낮추는 것은 다운 샘플링이라고 합니다.

많은 실제 응용 분야에서는 서로 다른 샘플링 속도로 디지털 신호를 송수신해야 합니다. 따라서 응용의 여러 단계에서 샘플링 속도 변환을 수행해야 합니다. 샘플링 속도 변환을 달성 할 수 있는 두 가지 방법이 있습니다.

첫번째 방법은 D / A 변환을 수행하여 원래 아날로그 신호를 복구하는 것입니다. 그런 다음 원하는 샘플링 속도로 A / D 변환을 수행 할 수 있습니다. 이 기술의 장점은 두 번째 샘플링 속도가 이전 샘플링 속도와 특별한 관계를 가질 필요가 없다는 것입니다. 그러나 문제는 D / A에 의한 신호 왜곡과 A / D의 양자화 효과입니다. 

두 번째 방법은 디지털 영역에서만 작동하는 것입니다. 따라서 이미 샘플링 된 신호를 사용하여 원하는 속도로 디지털 신호를 예측해야 합니다.

 

 

 

UPSAMPLING

가장 간단한 업 샘플링 사례를 살펴보겠습니다. 신호의 샘플링 속도를 두 배로 늘릴 때, 두 개의 연속 샘플 사이에 0을 삽입하는 것입니다.

 

하지만 이것은 나쁜 접근법입니다. 데이터가 없으므로 중간 샘플을 만듭니다.

 

 

방법 1 : 반복

현재 샘플을 반복하십시오. 해당 필터 커널은 아래와 같습니다.

 

출력 파형은 다음과 같습니다.

 

 

 

방법 2 : 보간

중간 샘플 값은 인접 값.의 평균 값으로 구합니다. 필터 커널은 다음과 같습니다.

 

출력 파형은 다음과 같습니다.

 

이 방법으로 주파수 영역에서 각 주파수의 두 개의 앨리어싱을 생성합니다. 따라서 앨리어싱을 피하기 위해 고주파수 컨텐츠를 잘라 내야합니다.

 

잘라야 하는 이유

새로운 정보를 포함하지 않기 때문에, 단지 정보를 반복하고 있습니다. 또한 원래 신호의 최대 주파수 정보는 Fs / 2보다 클 수 없으므로 베이스 밴드에는 더 이상 정보가 없습니다. 그래서 고주파수 정보를 줄일 수 있습니다.

 

잘라내는 방법

로우 패스 필터를 사용합니다. 즉, 주파수 영역에서 느리게 움직이는 나선을 유지하고 빠르게 움직이는 나선을 거부합니다. 주파수 영역의 필터 커널은 다음과 같습니다. 진폭은 π / 2 ~ + π / 2 범위의 주파수의 경우 1이고 나머지 모든 주파수의 경우 0입니다.

그래서 우리는 고주파수 앨리어싱을 잘라냅니다. 따라서 주파수 영역의 필터 커널은 진폭 1을 갖는 느리게 움직이는 나선형으로 설정됩니다.

 

 

 

다운샘플링

앞서 언급했듯이 다운 샘플링은 신호의 샘플링 속도를 줄입니다. 신호를 원래 샘플링 속도의 절반으로 다운 샘플링하는 간단한 사례를 생각해 보겠습니다. 이를 수행하는 가장 간단한 방법은 다른 모든 샘플을 버리는 것이며 원하는 샘플링 속도를 갖습니다.

 

 

그러나 x (n)의 다른 모든 샘플을 선택하여 샘플링 속도를 줄이면 폴딩 주파수 Fs / 2가 발생합니다. 주파수 스펙트럼이 확산되려고 하지만 확산할 수 없습니다. 따라서 자체적으로 감겨있습니다.

 

 

앨리어싱을 피하려면 먼저 x (n)의 대역폭을 ωmax = π / 2로 줄여야 합니다. 따라서 앨리어싱을 피하기 위해 고주파수 컨텐츠를 잘라 내야합니다.