谈谈cd的升频的奥秘

来自远方

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叙述有些粗糙，但大致就是这么回事。

来自远方

（转自隔壁JD-BBS，http://www.jd-bbs.com/viewthread.php?tid=2056626&highlight=）

最近网上谈论升频和Jitter的帖子很多。

根据本人所掌握的知识，谈点看法，才疏学浅，还望这方面的专家们指正。
先介绍一些概念（基于我的知识，不见得准确，欢迎讨论）：
1、大家经常说到的升频有两种 Upsampling（上采样） Oversamping（过采样）。
2、Upsampling（上采样）分为异步、同步两种。
3、Oversamping（过采样）是同步升频的简单化。
4、把升频器称为滤波器本人认为不妥，即使同步升频也一样，之所以这么叫开了，
   是因为市场有些数字滤波器内部采用了升频的方法。但不能就因此说升频器就是滤波器。
5、升频的主要目的是降低其后的滤波器的阶数。高阶滤波器的缺点除复杂性和成本高外，
   其最大的坏处是对不同频率的“相移”不同。
   采样率的增加会降低对DAC精度的要求，增加信噪比，
   其原理是因为上采样减少了在“使用频带”（对44.1K采样音频而言为1-22.1K）
   的噪声功率。
6、异步升频（Upsampling）由于在用异步的方式，使用高精度的本地时钟，可以将音源的Jitter隔离。
   也就是说，无论音源的JItter如何，最终影响DAC的Jitter都是本地化的（当然严格的说，音源连线的干扰Jitter
   也有，但如果使用光纤连接，则可避免）
7、Upsampling算法实现中，需要多种数字滤波器，如：抗镜像滤波器，抗混叠滤波器等等，
   有些人习惯将其称为滤波器，也许出于这个因素。
8、Upsampling采用插值算法（Interpolation)在已有采样样本之间增加新的样本。
   新样本值是通过插值计算获得（如多项式插值，拉格朗日插值等）。也就是说新样本值不仅仅与原有的两个相邻采样值相关，
   而是与多个值相关，
   为了改变时延特性，有的转换器允许改变选择值的个数，也就是改变多项式的阶数，进而调整运算的复杂度。
   增加或减少时延。
9、同步Upsampling的实现，经过一个整数倍的L-内插，或者再级联一个抽取器。
10、而异步的Upsampling的实现，是经过一个整数倍的L-内插后，再经过一个准连续内插器（QCI）
    准连续内插器的功能，就是计算出在新的采样率时间点的采样值。
    准连续内插器的算法有FIR内插、拉格朗日内插等。
11、与大家习惯思维相反，在一定的条件下（比如下一点所述），异步采样率转换算法具有比同步更高的效率，
    也就是更小的时延。
12、同步转换，如果采用内插级联抽取，则需要很高阶数的抗镜像滤波器，抗混叠滤波器配合，造成效率更低。
13、Upsampling转换器也可以先内插，升频为目标频率的几倍后，然后再进行一次抽取，降低为所需的频率。
    以实现更高的精度。（如上条所述，在此情况下，异步的效率会比同步更高）
14、DAC内部的升频准确的叫法是（Oversampling)其方法与Upsampling不同
    仅是通过保持原有的采样值为N次，来实现N倍的升频。将噪声向高端推出，增加了DAC的性能。
    其相当于最简单的内插，与采样率转换器的内插是完全不同的，其本质上没有增加采样点。
问题点：
W1、用数字算法增加采样点是否是假的？
W2、升频是否必要？
W3、整数倍升频是否比非整数倍更好？或者简化为44.1升频为48带来什么问题？
我的看法：
1、定义什么是“假”
   定义1：如果在一个区间内，DAC发出的模拟信号与原模拟信号不同，则定义这个信号为”假模拟“
   定义2：如果在一个区间内，进入DAC的数字信号与原模拟信号数字采样数字值不同，则定义这个信号为”假数字“
2、由于CD数字信号为44.1K采样率，因此在两个采样点中间的数据是永久的丢失了。
   我们假设这两个相邻的采样点为A、B。
3、根据1、2、得出：用任何方法得出的ＡＢ之间的数字或模拟信号都不能保证，不是“假”的。
4、既然3、成立，那么定义“假”无意义。因此，定义：
5、“仿真度”：定义为与原信号（模拟或数字）的接近程度。
6、按照5 的定义，根据音乐信号的特点，可以得出“折线”的仿真度最低，其次是“三角波”，而正弦波最高。
7、折线的密集度越高（采样率越高），则仿真度越高，同样适于三角波和正弦波。
8、DAC的作用就是用模拟器件（电阻或电容）模拟AB之间的波形。
   即使是电阻形式的DAC也是利用了电容的充放电波形特性来生成新的模拟波形。
9、内插算法是以数字方式，通过在AB之间插入新的采样点，而新采样点的计算方法其实与DAC在AB之间的动作无本质区别。
10、通过增加采样点，降低了对DAC转换精度的要求，也降低了对滤波器的要求。

因此，可以得出W1结论，从“假”或“仿真度”的方面分析。
DAC+滤波器 与 升频 + DAC + 滤波器 并无不同。
只是工作的分配问题。
11、升频的益处：（1）降低对DAC的精度要求，提高信噪比（2）降低滤波器的阶数，进而减少复杂度和成本，避免“相移”的恶化。
12、异步升频的益处：（1）相比同步效率更高（2）可以实现本地时钟，隔离Jitter。
因此，可以得出W2结论,升频有必要，异步更有必要。

最后关于“整数倍同步升频”，时间关系，下次继续。

欢迎理性讨论，鄙视谩骂和无厘头。

来自远方

原帖由 原来用户名忘了 于 2009-12-26 14:19 发表
oversampling 和 upsampling的最简单直观的差别是

oversampling是倍取样,例如44.1 -> 88.2 -> 176.4是oversampling

44.1 -> 48 或者44.1 -> 96 等就是upsampling.

差不多吧。按王工的说法，oversampling 是 upsampling 的一种方式，就是你说的“倍取样”。