В обработке сигналов искажение — это изменение исходной формы (или другой характеристики) сигнала . В средствах связи и электронике это означает изменение формы информационного сигнала , такого как аудиосигнал , представляющий звук, или видеосигнал, представляющий изображения, в электронном устройстве или канале связи .
Искажения обычно нежелательны, поэтому инженеры стремятся их устранить или свести к минимуму. Однако в некоторых ситуациях искажение может быть желательным. Например, в системах шумоподавления , таких как система Dolby , аудиосигнал намеренно искажается таким образом, чтобы подчеркнуть аспекты сигнала, подверженные электрическому шуму , а затем он симметрично «неискажается» после прохождения через шумный канал связи, уменьшая шум в принимаемом сигнале. Искажение также используется как музыкальный эффект , особенно с электрогитарами .
Добавление шума или других внешних сигналов ( гула , помех ) не считается искажением, хотя эффекты искажения квантования иногда включаются в шум. Показатели качества, которые отражают как шум, так и искажения, включают отношение сигнал-шум и искажения (SINAD) и общее гармоническое искажение плюс шум (THD+N).
В телекоммуникациях и обработке сигналов бесшумная система может быть охарактеризована передаточной функцией , так что выходной сигнал может быть записан как функция входа как
Когда передаточная функция содержит только идеальную константу усиления A и идеальную задержку T
выходной сигнал не искажается. Искажение возникает, когда передаточная функция F более сложна. Если F является линейной функцией , например, фильтром, коэффициент усиления и/или задержка которого меняется в зависимости от частоты, сигнал испытывает линейные искажения. Линейные искажения не вносят в сигнал новые частотные компоненты, но изменяют баланс существующих.
На этой диаграмме показано поведение сигнала (состоящего из прямоугольной волны, за которой следует синусоидальная волна ) при прохождении через различные искажающие функции.
Передаточная функция идеального усилителя с идеальным усилением и задержкой является лишь приближением. Реальное поведение системы обычно другое. Нелинейность передаточной функции активного устройства (например, электронных ламп , транзисторов и операционных усилителей ) является распространенным источником нелинейных искажений; в пассивных компонентах (таких как коаксиальный кабель или оптоволокно ) линейные искажения могут быть вызваны неоднородностями, отражениями и т. д. на пути распространения .
Амплитудные искажения — это искажения, возникающие в системе, подсистеме или устройстве, когда выходная амплитуда не является линейной функцией входной амплитуды при определенных условиях.
Гармонические искажения добавляют обертоны , кратные частотам звуковой волны. [1] Нелинейности, которые приводят к амплитудным искажениям в аудиосистемах, чаще всего измеряются с точки зрения гармоник (обертонов), добавляемых к чистой синусоидальной волне , подаваемой в систему. Гармонические искажения могут быть выражены через относительную силу отдельных компонентов в децибелах или через среднеквадратическое значение всех гармонических компонентов: Суммарные гармонические искажения (THD) в процентах. Уровень, на котором становятся слышимыми гармонические искажения, зависит от точной природы искажения. Различные типы искажений (например, перекрестное искажение ) более слышны, чем другие (например, мягкое ограничение ), даже если измерения THD идентичны. Гармонические искажения в радиочастотных приложениях редко выражаются как THD.
Неплоская частотная характеристика — это форма искажения, которая возникает, когда разные частоты усиливаются в фильтре на разную величину . Например, неоднородная кривая частотной характеристики каскадного усилителя , связанного по переменному току , является примером частотных искажений. В случае со звуком это в основном вызвано акустикой помещения, плохими громкоговорителями и микрофонами, длинными кабелями громкоговорителей в сочетании с частотно-зависимым сопротивлением громкоговорителей и т. д.
Эта форма искажения в основном возникает из-за электрического реактивного сопротивления . Здесь все компоненты входного сигнала не усиливаются с одинаковым фазовым сдвигом, что приводит к тому, что некоторые части выходного сигнала не совпадают по фазе с остальной частью выходного сигнала.
Встречается только в дисперсионных средах . В волноводе фазовая скорость меняется в зависимости от частоты. В фильтре групповая задержка имеет тенденцию достигать максимума вблизи частоты среза , что приводит к искажению импульса. Когда аналоговые соединительные линии на большие расстояния были обычным явлением, например, на 12-канальной несущей , искажения групповой задержки приходилось корректировать в репитерах .
Поскольку выход системы определяется выражением y(t) = F(x(t)), то если можно найти обратную функцию F −1 и намеренно использовать ее для искажения входных или выходных данных системы, то искажение исправлено.
Примером подобной коррекции является ситуация, когда LP/ виниловые записи или FM-аудиопередачи намеренно предварительно выделяются линейным фильтром , а система воспроизведения применяет инверсный фильтр, чтобы сделать всю систему неискаженной.
Коррекция невозможна, если инверсия не существует, например, если передаточная функция имеет плоские пятна (инверсия будет отображать несколько входных точек в одну выходную точку). Это приводит к неисправимой потере информации. Такая ситуация может возникнуть, когда усилитель перегружен, что приводит к искажению ограничения или скорости нарастания напряжения , когда на мгновение выходной сигнал определяют только характеристики усилителя, а не входной сигнал.
Многие симметричные электронные схемы уменьшают величину четных гармоник, генерируемых нелинейностью компонентов усилителя, путем объединения двух сигналов из противоположных половин схемы, где компоненты искажения примерно одинаковой величины, но не совпадают по фазе. Примеры включают двухтактные усилители и пары с длинным хвостом .
В двоичной передаче сигналов, такой как FSK , искажение представляет собой смещение значимых моментов сигнальных импульсов от их правильных положений относительно начала стартового импульса . Величина искажения выражается в процентах от идеальной единичной длины импульса . Иногда это называют искажением смещения .
Телеграфное искажение — аналогичная и более старая проблема, искажающая соотношение между меточными и пробельными интервалами. [2]
В мире искусства искажение — это любое изменение размера, формы или визуального характера формы, внесенное художником с целью выразить идею, передать чувство или усилить визуальное воздействие. Такие искажения или «абстракции» в первую очередь относятся к целенаправленным отклонениям от фотореалистичной перспективы или от реалистической пропорциональности. Примеры включают « Плачущую женщину » Пикассо и « Поклонение пастухов » Эль Греко, чьи человеческие сюжеты неравномерны и (как это часто бывает с физическими искажениями) асимметрично пропорциональны, что невозможно в стандартной перспективе .
Что касается звука, искажение относится к любому виду деформации выходного сигнала по сравнению с его входным сигналом, обычно это ограничение , гармонические искажения или интермодуляционные искажения ( феномены смешивания ), вызванные нелинейным поведением электронных компонентов и ограничениями источника питания. [3] Термины, обозначающие конкретные типы нелинейных искажений звука, включают: перекрестное искажение и нарастающее искажение (SID).
Другими формами искажения звука являются неплоская частотная характеристика , сжатие , модуляция , наложение спектров , шум квантования , «вау» и флаттер от аналоговых носителей, таких как виниловые пластинки и магнитная лента . Человеческое ухо не может услышать фазовые искажения , за исключением того, что они могут повлиять на стереоизображение .
В большинстве областей искажение характеризуется как нежелательное изменение сигнала. Искажение в музыке часто намеренно используется как эффект при применении к сигналу электрогитары в таких стилях рок-музыки , как хэви-метал и панк-рок .
В оптике изображение/оптическое искажение — это отклонение от прямолинейной проекции , вызванное изменением увеличения с увеличением расстояния от оптической оси оптической системы.
В картографии искажение — это неправильное представление площади или формы объекта. Проекция Меркатора , например, искажается, преувеличивая размеры регионов на высоких широтах .
Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).
СМИ, связанные с искажением, на Викискладе?
