تحويل معدل العينة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تحويل معدل أخذ العينات ، أو تحويل تردد أخذ العينات، أو إعادة أخذ العينات، هو عملية تغيير معدل أخذ العينات أو تردد أخذ العينات لإشارة منفصلة للحصول على تمثيل منفصل جديد للإشارة المستمرة الأصلية . [ 1 ] تشمل مجالات التطبيق تغيير حجم الصور [ 2 ] وأنظمة الصوت والصورة، حيث يمكن استخدام معدلات أخذ عينات مختلفة لأسباب هندسية أو اقتصادية أو تاريخية.

على سبيل المثال، تستخدم أنظمة الصوت الرقمي على الأقراص المدمجة وأشرطة الصوت الرقمية معدلات أخذ عينات مختلفة، كما تستخدم التلفزيونات الأمريكية والأوروبية والأفلام معدلات إطارات مختلفة . ويمنع تحويل معدل أخذ العينات حدوث تغييرات في السرعة ودرجة الصوت التي قد تحدث عند نقل المواد المسجلة بين هذه الأنظمة.

تشمل أنواع إعادة التشكيل الأكثر تحديدًا ما يلي: زيادة معدل العينة أو رفع مستوى الدقة ؛ تقليل معدل العينة أو خفض مستوى الدقة أو التخفيض ؛ والاستيفاء . ويُستخدم مصطلح معالجة الإشارات الرقمية متعددة المعدلات أحيانًا للإشارة إلى الأنظمة التي تتضمن تحويل معدل العينة.

التقنيات

تشمل المناهج المفاهيمية لتحويل معدل أخذ العينات ما يلي: التحويل إلى إشارة تناظرية مستمرة، ثم إعادة أخذ العينات بالمعدل الجديد، أو حساب قيم العينات الجديدة مباشرةً من العينات القديمة. يُعدّ المنهج الأخير أكثر إرضاءً لأنه يُقلّل من التشويش والتشويه. [ 3 ] فيما يلي طريقتان محتملتان للتنفيذ:

  1. إذا كانت نسبة معدلي أخذ العينات (أو يمكن تقريبها بـ) [ أ ] [ 4 ] عددًا نسبيًا ثابتًا L / M : قم بتوليد إشارة وسيطة بإضافة L − 1 صفرًا بين كل عينة من العينات الأصلية. قم بترشيح هذه الإشارة بتمرير منخفض التردد عند نصف المعدل الأدنى من المعدلين. اختر كل عينة M من المخرج المُرشَّح للحصول على النتيجة. [ 5 ]
  2. تعامل مع العينات كنقاط هندسية، وأنشئ أي نقاط جديدة مطلوبة عن طريق الاستيفاء. اختيار طريقة الاستيفاء هو موازنة بين تعقيد التنفيذ وجودة التحويل (وفقًا لمتطلبات التطبيق). من الطرق الشائعة الاستخدام: التثبيت من الرتبة الصفرية (لإطارات الأفلام/الفيديو)، والتكعيبية (لمعالجة الصور)، ودالة sinc ذات النافذة (للصوت).

الطريقتان متطابقتان رياضياً: اختيار دالة الاستيفاء في الطريقة الثانية يُكافئ اختيار استجابة النبضة للمرشح في الطريقة الأولى. الاستيفاء الخطي يُكافئ استجابة نبضة مثلثية؛ ودالة sinc المُنَظَّمة تُقارب مرشح الجدار الطوبي (تقترب من مرشح الجدار الطوبي المطلوب مع ازدياد عدد النقاط). طول استجابة النبضة للمرشح في الطريقة الأولى يُطابق عدد النقاط المستخدمة في الاستيفاء في الطريقة الثانية.

في الطريقة الأولى، يمكن استخدام حساب مسبق بطيء (مثل خوارزمية ريميز ) للحصول على تصميم مرشح أمثل (وفقًا لمتطلبات التطبيق). أما الطريقة الثانية، فتُستخدم في حالات أكثر عمومية، مثل الحالات التي لا تكون فيها نسبة معدلات أخذ العينات منطقية، أو عند الحاجة إلى استيعاب تدفقين في الوقت الحقيقي، أو عندما تكون معدلات أخذ العينات متغيرة مع الزمن.

انظر إلى قسمي "التقليل" و "زيادة معدل أخذ العينات " لمزيد من المعلومات حول تصميم/تنفيذ مرشح تحويل معدل أخذ العينات.

أمثلة

الأفلام والتلفزيون

تم تحويل إشارات التلفزيون البطيئة من مهمات أبولو القمرية إلى معدلات البث التلفزيوني التقليدية للمشاهدين في منازلهم. لم تكن تقنيات الاستيفاء الرقمي عملية في ذلك الوقت، لذا تم استخدام التحويل التناظري. اعتمد هذا على كاميرا بمعدل بث تلفزيوني تعرض صور أبولو البطيئة على شاشة. [ 6 ]

تُحوّل الأفلام (المصورة بمعدل 24 إطارًا في الثانية) إلى شاشات التلفزيون (بمعدل 50 أو 60 حقلًا تقريبًا في الثانية ). لتحويل فيلم بمعدل 24 إطارًا في الثانية إلى تلفزيون بمعدل 60 حقلًا في الثانية، على سبيل المثال، تُعرض إطارات الفيلم بالتناوب مرتين أو ثلاث مرات على التوالي . بالنسبة  لأنظمة 50 هرتز مثل PAL ، يُعرض كل إطار مرتين. ولأن 50 لا تساوي بالضبط 2 × 24 ، فإن الفيلم سيعمل بسرعة أكبر بنسبة 4% (50  / 48  = 4%)، وستكون درجة الصوت أعلى بنسبة 4%، وهو تأثير يُعرف باسم تسريع PAL . غالبًا ما يُقبل هذا الأسلوب لتبسيط العملية، ولكن توجد طرق أكثر تعقيدًا تحافظ على مدة العرض ودرجة الصوت. يمكن تكرار كل إطار ثانٍ عشر ثلاث مرات بدلًا من مرتين، أو يمكن استخدام الاستيفاء الرقمي (انظر أعلاه) في مُوسِّع الفيديو .

صوتي

يبلغ معدل أخذ العينات للصوت على القرص المضغوط  44.1 كيلوهرتز؛ ولنقله إلى وسيط رقمي يستخدم 48  كيلوهرتز، يمكن استخدام الطريقة الأولى المذكورة أعلاه مع L  = 160 و M  = 147 (حيث أن 48000  / 44100  = 160  / 147). [ 5 ] وللتحويل العكسي، يتم تبديل قيمتي L و M. وكما ذُكر أعلاه، في كلتا الحالتين، يجب ضبط مرشح الترددات المنخفضة على 22.05  كيلوهرتز.

أنظمة التشغيل

يُعد نظاما التشغيل مايكروسوفت ويندوز وأندرويد مثالين على أنظمة التشغيل التي تُجري تحويل معدل العينة. [ 7 ] [ 8 ]

مشغلات الوسائط

تتضمن العديد من برامج تشغيل الوسائط (مثل foobar2000 ) ميزة تحويل معدل العينة داخليًا. [ 9 ] بالمقارنة مع إعادة تشكيل الصوت على مستوى نظام التشغيل، قد يُطبّق برنامج تشغيل الوسائط نفسه خوارزميات إعادة تشكيل صوت عالية الجودة، ولكنه يستهلك موارد وحدة المعالجة المركزية بشكل أكبر. [ 10 ]

انظر أيضاً

تحويل معدل العينة في أبعاد متعددة:

التقنيات والمعالجة التي قد تتضمن تحويل معدل العينة:

التقنيات المستخدمة في العمليات ذات الصلة:

ملحوظات

  1. ↑ على سبيل المثال، يمكن تقريبالنسبة غير النسبية 2 1/12 ، التي تقابل نصف نغمة متساوية التوزيع، بواسطة 196/185 (حوالي 0.99994 نصف نغمة).
  2. ↑ الحقل هو نصف إطار متشابك - فقط الخطوط الفردية أو الزوجية.

مراجع

  1. ↑ أوبنهايم، آلان ف .؛ شيفر، رونالد و .؛ باك، جون ر. (1999). معالجة الإشارات الزمنية المنفصلة ( الطبعة الثانية). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول. ISBN  0-13-754920-2.
  2. ↑ ليونز، ريتشارد (2010). "10. تحويل معدل العينة". فهم معالجة الإشارات الرقمية . برنتيس هول. ISBN 978-0137027415في معالجة صور الأقمار الصناعية والصور الطبية ، يُعد تحويل معدل أخذ العينات ضروريًا لتحسين الصورة وتغيير المقياس وتدوير الصورة.
  3. ↑ أنطونيو، أندرياس (2006). معالجة الإشارات الرقمية . ماكجرو هيل. ص 830. ISBN  0-07-145424-1نهج بديل وأكثر إرضاءً ...
  4. ↑ بارتش، هاري (2009). نشأة الموسيقى ( الطبعة الثانية). دار دا كابو للنشر. ص 101. ISBN   978-0306801068نسب "نصف النغمة المتساوية" هي، بدقة متزايدة: 18/17، 89/84، 196/185
  5. 1 2 راجاماني، ك.؛ يهان-سين لاي؛ فورو، سي دبليو (2000). "خوارزمية فعالة لتحويل معدل أخذ العينات من القرص المضغوط إلى DAT" (ملف PDF) . رسائل معالجة الإشارات IEEE . 7 (10): 288. Bibcode : 2000ISPL....7..288R . doi : 10.1109/97.870683 .
  6. ^ بيل وود (2005)، تلفزيون أبولو (PDF) ، ناسا، ص. 5 
  7. ↑ "تحويل معدل العينة | مشروع أندرويد مفتوح المصدر" . مشروع أندرويد مفتوح المصدر . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 يناير 2026. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مارس 2026 .
  8. ↑ drewbatgit. "حول WASAPI - تطبيقات Win32" . learn.microsoft.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مارس 2026 .
  9. ↑ "foobar2000: مستودع المكونات" . www.foobar2000.org . تاريخ الاسترجاع: 17 أبريل 2026 .
  10. ↑ https://kevinboone.me/sample48.html

للمزيد من القراءة