Autor Thema: Upsampling und Oversampling - Arbeitsweise und Ziel  (Gelesen 2190 mal)

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Offline PTF 2012

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Hallo Mitforisten,

hier eine Erläuterung, warum Up- und Oversampling praktiziert wird:

Upsampling bringt keine Zusatzinformation, die ist mit 44,1kHz/16bit auf dem Datenträger festgelegt. Höhere Auflösung oder erweiterter Frequenzbereich ist also nicht zu erwarten. Konventionelle D/A-Wandler nutzen die von der CD zugetragenen Informationen bei der Wandlung nicht vollständig aus. Das hat sogar physikalische Gründe:

Bei der Rückwandlung von Digitalsignalen entsteht Quantisierungsrauschen. Das liegt daran, daß die diskret vorliegenden (quantisierten) Werte Ungenauigkeiten dem analogen (kontinuierlichen) Originalsignal haben. Die Wortbreite ist bei der CD-Produktion definiert bei 16bit, ein analoges Signal wird 44100 mal abgetastet (pro Sekunde), das digitale Gegenstück hat eine max. Auflösung von 65536 Stufen. Liegt das Signal dazwischen, muss sich der A/D-Wandler für dem jeweils nächst liegenden (aber nicht exakten) Digitalwert entscheiden. Diese Ungenauigkeiten sind statistisch verteilt und treten bei der Rückwandlung als Rauschen auf (über das gesamte Frequenzband von Null bis zur Samplingfrequenz). So wird die Dynamik nach unten beschränkt und Feininformationen können leicht verschleiert sein. Wird nun das Signal vor der Rückwandlung hochgerechnet auf eine höhere Abtastrate (Upsampling), so verteilt sich das Rauschen auch hier wieder über das gesamte Frequenzband (Null bis Samplingfrequenz). Da das Rauschen aber konstant geblieben ist (logisch, kann ja nicht mehr werden), ist das Rauschniveau insgesamt niedriger.

2. Vorteil: ein Teil des Rauschens liegt aufgrund der hohen Samplingfrequenz ausserhalb des Audio-Frequenzbandes und kann so einfacher weggefiltert werden. Wird noch die Wortbreite auf 24bit erhöht, sind noch genauere Zwischenwerte möglich.

Dennoch ist Upsampling nicht zwingend besser, so eklatant sind die Unterschiede nicht, Nuancen halt. Ein guter D/A-Wandler ist wohl das Wichtigste. Fein raus ist man bei einem guten Wandler mit integriertem Upsampling, da auch noch Aliasing (Spiegelfrequenzen) vom eigentlichen Signal gefiltert werden müssen. Bei 44,1 kHz treten die schon bei 22kHz (halbe Samplingfrequenz) auf, bei 192kHz liegen die bei 96kHz. Dadurch kann man impulsoptimierte Filter einsetzen, bei 22kHz muss man sehr steilflankige Filter einsetzen, was zu Amplitudenverzerrungen führen kann. Man hört es nicht gleich als Verzerrung, es klingt halt steriler.

Upsampling ist übrigens nicht zu verwechseln mit den 192kHz/24bit-Wandlern in einigen CD-Playern. Diese Wandler sind fähig, DVD-A zu verarbeiten, eine normale CD läuft auch hier nur mit 44,1kHz/16bit. Die restlichen 8bit werden mit Nullen aufgefüllt, das ist nicht dasselbe.

Oversampling verfolgt das gleiche Ziel. Der Unterschied besteht darin, daß Upsampling noch vor dem digitalen Filter geschieht, ebenso wird die Wortbreite verlängert (24bit), so wird eine genauere Rückrechnung vereinfacht. Zudem ist das Upsampling asynchron zur ursprünglichen Samplingrate (44,1->96->192), beim Oversampling wird stur verdoppelt (44,1->88,2->176,4). Durch asynchrones Upsampeln wird Jitter nochmals minimiert, weil hier neu synchronisiert wird, anstatt nur zu übertakten.

Gruß
BERND
Shall I call on you to guide me well, to see our hopes and dreams fulfilled?
On this day of our ascension.
On this day we PRAISE THE FALLEN.