取樣頻率

在單位時間內取樣的數量越多就會越接近原始的模擬訊號，在將數字訊號還原成模擬訊號時也就越能接近真實的原始聲音；相對越高的取樣率，資料的大小就越大，反之則越小，當然也就越不真實了。數字資料量的大小與聲道數、取樣率、音質分辨率有着密不可分的關。

在一般的聲卡上，取樣頻率至少要能提供22.05KHz、32KHz、44.1 KHz以及48KHz，如果能夠提供更多的選擇會更好，不過當前的一般聲卡最高的取樣率都是在48 KHz，若需要更高的取樣率的話，就必須選擇較為專業的錄音卡了。

將模擬信號取樣後，就可以使用幾個位表示一個外在的物理量。但由於模擬信號是連續且不中斷的，如果一定要完全地將模擬信號一五一十地重現，理論上應該使用非常高的取樣頻率將模擬信號輸入計算機中。不過，DAQ卡也有其限制，不太可能使用過高的取樣頻率作取樣的操作，因此當我們針對系統作初步分析時也要一併考慮DAQ卡所能提供的最高速度。

一般的數據採集卡使用每秒鐘取樣的數據點作為該DAQ卡所擁有的取樣速度。例如某DAQ卡上標明100 kS/s，即表示該DAQ卡每秒鐘可以取樣100K(10萬)個取樣點。通常這個速度表示該DAQ卡在單一通道下的最高數據採集速度，由於DAQ卡所擁有的採集通道通常是8個或是16個以上，因此將採集頻率平均分散到各個通道，每個通道可以分配到的採集速度自然就下降了。

DAQ卡的取樣速度較高時，此DAQ卡的價格通常也比較高，此DAQ卡在同一個時間內可以取得的數據量當然也就比較高。從信號的頻域角度來看，較高的取樣速度也可以取得較高頻率的信號。取得較高的數據量除了可以察看的信號頻寬較大之外，還得考慮在編寫程序的過程中所隱含的內存需求量的問題。因為較大的數據量勢必需要較大的內存空間來存儲這些取得的數據，如果再加上數據的後端處理過程，所需的內存就更驚人了。

每一塊DAQ卡在規格上都會説明他所具備的數據採集速度，並不一定較高的速度就是最好的，這還得將眾多的因素一同考慮。例如，需要開發的系統所需的測量通道是8個，而每一個通道被測量的最高頻寬是10kHz。以一般的DAQ卡來説，我們除了必須選擇通道數大於8之外，還要選擇其取樣速度最少為每秒80kb。 ^[1] 

在器件特性一定下，取樣變換過程的頻帶寬度取決於取樣脈衝的形狀和寬度。當輸入信號幅度變化範圍非常小時，可將取樣電路看作是具有變參量的線性系統，其等效電路如圖9.39所示。圖9.39中u_i(t)為已折算到輸入端的信號電壓。△(t)為已折算到輸入端的取樣脈衝電壓，g(u)為取樣器件的導電函數，C為積分電容。這裏討論幾種典型的取樣脈衝：矩形、三角形、餘弦形和餘弦平方形脈衝，用T₁表示脈衝的底寬，τ為截取的取樣脈衝有效底寬，k=τ/T₁為脈衝寬度利用係數，t₁為某一特定的取樣脈衝的時刻。

若取樣器件具有線性特性取樣即器件的特性曲線具有折線形狀，則無論取樣脈衝為何種形狀，其導電函數可以用寬為下的矩形函數表達，經推導可得頻寬因子D(ωτ)=sin(ωτ)，若取D(ωτ)=0.707，可求得取樣電路的頻寬B=0.442/τ，即頻寬與取樣脈衝形狀無關而與寬度有關。 ^[2] 

在對音頻信號進行數字化時，取樣頻率的選擇比較簡單，而在對視頻信號進行數字化時，既要考慮亮度信號，又要考慮色差信號，而且還要受其他因素的限制。

1.亮度信號的取樣頻率

亮度信號取樣頻率的選擇必須滿足以下幾個條件：

(1)取樣頻率的選擇必須滿足尼奎斯特取樣定理，即對一個模擬信號進行取樣時，要求取樣頻率至少是該模擬信號上限頻率的2倍，以避免重疊效應。

(2)為了獲得正交型取樣結構，取樣頻率又必須是行頻的整數倍，以利於行間、場間和幀間的信號處理。

(3)為了實現625/50和525/60兩種掃描制式的兼容，應採用同一種取樣頻率，625行制的行頻為15625Hz，525行制的行頻為15734Hz，二者的最小公倍數為2.25MHz。

綜合以上三個條件，取樣頻率應大於2×6MHz，故將亮度信號的取樣頻率定為2.25MHzX6，為13.5MHz。

2.色差信號的取樣頻率

主觀測試表明，為了獲得滿意的彩色圖像，色差信號的帶寬應有2.3MHz以上，色差信號的取樣頻率也應該滿足上面的三個條件。因此，色差信號的取樣頻率定為6.75MHz，正好是亮度信號取樣頻率的一半，這樣形成的取樣結構如圖2-7所示。圓圈為亮度信號取樣點，方框為色差信號取樣點。可見，色差信號的取樣點只有亮度信號取樣點的一半，並與亮度信號的奇數點相重合。 ^[3]