抖動 Dither 是如何消除降位元產生的數字失真的?

時間 2021-05-06 12:59:37

1樓:

考慮最簡單的情況,比如你取樣乙個數字,刻度只有-1,0或者1,四捨五入。如果這個訊號是0.4,那就取樣變成0,不管多少次都是0,這就產生了非線性失真。

但是如果新增了抖動,也就是新增-1,0,1之間的隨機噪音,那麼每次取樣都會取樣這個0.4加上乙個抖動隨機噪音的和,而不是0.4自己

把這段抖動分成三段看,那麼情況變成了:

1.抖動在-1到-0.9之間,這樣最終取樣的訊號是-0.6到-0.5之間,會被取樣成-1,發生的概率是

[(-0.9)-(-1)]/2 ^=0.1/2=0.05……2是1-(-1)。總之有0.05的概率取樣成-1

2.抖動在-0.9到0.

1之間,在這段區間,最終取樣的訊號是-0.9+0.4=-0.

5和0.1+0.4=0.

5也就是-0.5到0.5之間,會被取樣成為0,不要問我四捨五入為什麼0.

5不取樣成1的問題……

這樣的概率是1/2=0.5,也就是說有0.5的概率,新增了抖動的0.4還是會被取樣成0

3.可以舉一反三,抖動在0.1-1之間,對應有0.09/2=0.45的概率,把這個0.4的訊號取樣成1

也就是說,原來乙個固定的非線性失真(0.4取樣成為0),現在加了抖動,有概率取樣成-1,0,1三種情況,他們的數學期望是:0.

05*(-1)+0.5*0+0.45*1=0.

4

這樣原始訊號就可以被保留,但是抖動新增的這個噪音也會被取樣。

從人耳的角度,人容易接受隨機噪音,所以雖然新增了噪音降低了訊雜比,但是對於人耳可以保留更多的有效資訊。同時,這麼抖動以後,也讓數字音訊系統回歸了線性模式對應數字音訊的情況,比如任何乙個外掛程式作用於兩個音軌,如果A操作滿足:

1.把兩個音軌併軌再經過效果處理

2.先用A作用於第乙個音訊,同時用A作用於第二個音訊,然後把他們兩個併軌。

1=2的情況,那麼這個操作是線性的。

在數字音訊領域,諸如EQ操作,推子,混響,延遲這些是線性的

飽和、過載、壓縮、失真等操作是非線性的。

取樣如果不做抖動是非線性的,還是舉例-1,0,1的例子,現在有乙個0.2的訊號和乙個0.4的訊號要做取樣。

如果分別先取樣量化,那麼都會被取樣成為0,最後0+0=1,但是如果加起來再做取樣,那就是0.2+0.4=0.

6會被取樣成1

1不等於0,所以這樣的話,取樣是非線性過程,會產生非線性失真。但是如果加了抖動,就可以消除這種非線性,這樣做的話,從理論上,可以估計每次量化產生的噪音等級……從而規避掉很多玄學問題。

例如16bit和24bit音訊究竟聽起來有什麼區別?乙個-96dB的白噪音而已。私貨:

我以前和不少老燒就理論爭論過這個問題,當然我現在不會再扯這個話題了,我只能說數學很重要

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