Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Uwiano wa ishara

Uwiano wa signal-kelele ( SNR iliyofunguliwa au S / N ) ni kipimo kinachotumiwa katika sayansi na uhandisi ambacho kinalinganisha kiwango cha ishara inayotakiwa kwa kiwango cha kelele ya asili.

Uwiano wa S / N unafafanuliwa kama uwiano wa nguvu ya ishara kwa nguvu ya kelele, mara nyingi huelezwa katika decibels . Uwiano mkubwa kuliko 1: 1 (zaidi ya 0 dB) unaonyesha ishara zaidi kuliko kelele.

Ingawa SNR inatajwa kwa ishara za umeme, inaweza kutumika kwa aina yoyote ya ishara (kama vile viwango vya isotope katika msingi wa barafu au ishara za biochemical kati ya seli).

Uwiano wa signal-to-noise, bandwidth , na uwezo wa kituo cha channel ya mawasiliano ni kushikamana na Theorem Shannon-Hartley .

Uwiano wa signal-kelele wakati mwingine hutumiwa kimapenzi kwa kutaja uwiano wa taarifa muhimu kwa data za uongo au zisizo na maana katika mazungumzo au kubadilishana. Kwa mfano, katika vikao vya majadiliano ya mtandaoni na jumuiya zingine za mtandaoni, machapisho ya kichwa-mbali na spam huonekana kama "kelele" ambayo inathiri "ishara" ya majadiliano mazuri. [1]

Yaliyomo

Ufafanuzi

Uwiano wa signal-kelele huelezwa kama uwiano wa nguvu ya ishara (habari yenye maana) na nguvu ya kelele ya asili (ishara isiyohitajika):

ambapo P ni nguvu wastani. Nguvu zote mbili na nguvu za kelele zinapaswa kupimwa kwa alama sawa au sawa katika mfumo, na ndani ya mfumo huo huo wa bandwidth .

Ikiwa tofauti ya ishara na kelele hujulikana, na ishara na kelele ni zero-maana, SNR inaweza kuwa: [2]

Ikiwa ishara na kelele zinapimwa kwenye impedance sawa, SNR inaweza kupatikana kwa kuhesabu mraba wa uwiano wa amplitude :

ambapo A ni mizizi maana ya mraba (RMS) amplitude (kwa mfano, voltage RMS).

Decibels

Kwa sababu ishara nyingi zina upeo mkubwa sana, ishara nyingi zinaelezwa kwa kutumia kiwango cha logarithmic decibel . Kulingana na ufafanuzi wa decibel, ishara na kelele zinaweza kufanywa kwa decibels (dB) kama

na

Kwa namna hiyo, SNR inaweza kuelezwa kwa decibels kama

Kutumia ufafanuzi wa SNR

Kutumia utawala wa quotient kwa logarithms

Kutoa ufafanuzi wa SNR, ishara, na kelele katika decibels katika matokeo ya juu ya equation katika fomu muhimu kwa kuhesabu uwiano wa ishara kwa kelele katika decibels, wakati ishara na kelele pia ziko katika decibels:

Katika formula iliyo hapo juu, P hupimwa kwa vitengo vya nguvu, kama Watts au milioni, na uwiano wa signal-to-noise ni namba safi.

Hata hivyo, wakati ishara na kelele zinapimwa katika Volts au Amperes, ambazo ni hatua za amplitudes, lazima ziwe na mraba kuwa sawa na nguvu kama ilivyoonyeshwa hapa chini:

Dynamic mbalimbali

Dhana ya uwiano wa ishara-kwa-kelele na upeo wa nguvu ni karibu sana. Mbalimbali hatua Dynamic uwiano kati ya nguvu un- potofu ishara juu ya channel na kiwango cha chini discernible ishara, ambayo kwa madhumuni zaidi ni kiwango cha kelele. SNR hupima uwiano kati ya kiwango cha ishara ya kiholela (si lazima ishara yenye nguvu zaidi iwezekanavyo) na kelele. Kupima uwiano wa signal-to-noise inahitaji uteuzi wa mwakilishi au ishara ya kumbukumbu . Katika uhandisi wa redio , ishara ya rejea kawaida ni wimbi la sine katika ngazi ya kawaida au ya usawa , kama vile 1 kHz kwenye +4 dBu (1.228 V RMS ).

SNR kawaida huchukuliwa ili kuonyesha wastani wa uwiano wa signal-to-noise, kwa iwezekanavyo kuwa ratiba (karibu) ya haraka ya signal-to-noise itakuwa tofauti sana. Dhana inaweza kueleweka kama normalizing kiwango cha kelele kwa 1 (0 dB) na kupima jinsi mbali ishara 'inaonekana nje'.

[kumbuka 1]

Tofauti na kawaida ya nguvu

Katika fizikia, nguvu ya kawaida ya ishara ya AC inaelezwa kama thamani ya wastani ya nyakati za voltage sasa; kwa resistive (yasiyo tendaji ) mizunguko, ambapo voltage na sasa ni katika awamu, hii ni sawa na bidhaa ya RMS voltage na sasa:

Lakini katika usindikaji wa ishara na mawasiliano, mara nyingi hufikiri kwamba [ citation inahitajika ] hivyo sababu hiyo si kawaida ni pamoja na wakati kupima nguvu au nishati ya ishara. Hii inaweza kusababisha kuchanganyikiwa kati ya wasomaji, lakini sababu ya upinzani si muhimu kwa shughuli za kawaida zilizofanyika katika usindikaji wa ishara, au kwa ratiba za nguvu za kompyuta. Kwa hali nyingi, nguvu ya ishara ingezingatiwa kuwa ni rahisi

ambapo 'A' ni amplitude [ ufafanuzi unaohitajika ] wa ishara ya AC.

Ufafanuzi wa mbadala

Ufafanuzi mbadala wa SNR ni sawa na uwiano wa mgawo , yaani, uwiano wa maana ya kupotoka kwa kawaida ya ishara au kipimo: [4] [5]

wapi ni ishara ya maana au thamani inayotarajiwa na ni kupotoka kwa kawaida ya kelele, au makadirio yake. [kumbuka 2] Angalia kwamba ufafanuzi wa mbadala kama huu ni muhimu tu kwa vigezo ambazo hazijisiki hasi (kama vile makosa ya photon na kuangaza ). Hivyo hutumiwa kwa kawaida katika usindikaji wa picha , [6] [7] [8] [9] ambapo SNR ya picha mara nyingi huhesabiwa kama uwiano wa maana ya thamani ya pixel kwa kupotoka kwa kawaida ya maadili ya pixel juu ya jirani fulani . Wakati mwingine SNR hufafanuliwa kama mraba wa ufafanuzi mbadala hapo juu.

Kigezo cha Rose (kilichoitwa baada ya Albert Rose ) kinasema kwamba SNR ya angalau 5 inahitajika ili kutofautisha vipengele vya picha kwa uhakika wa 100%. SNR chini ya 5 inamaanisha chini ya 100% uhakika katika kutambua maelezo ya picha. [5] [10]

Hata hivyo mbadala mwingine, maalum sana na tofauti ya ufafanuzi wa SNR ni kuajiriwa kwa tabia unyeti wa mifumo upigaji; angalia uwiano wa Signal-to-noise (imaging) .

Hatua zinazohusiana ni " uwiano wa tofauti " na uwiano " tofauti-to-noise ".

SNR kwa mifumo mbalimbali ya moduli

Muhtasari wa ulinganisho

Uwiano wa kituo cha signal-to-noise hutolewa na

ambapo W ni bandwidth na ni index ya moduli

Uwiano wa ishara kwa-kelele (wa mpokeaji wa AM) unatolewa na

Mzunguko wa mzunguko

Uwiano wa kituo cha signal-to-noise hutolewa na

Uwiano wa ishara-kwa-kelele unatolewa

Kuboresha SNR katika mazoezi

Kurekodi kwa kelele ya kifaa cha uchambuzi cha thermogravimetric ambacho hazijitenga na mtazamo wa mitambo; katikati ya pembe inaonyesha kelele ya chini, kwa sababu ya shughuli ndogo za wanadamu usiku.

Vipimo vyote vya kweli vinasumbuliwa na kelele. Hii inajumuisha kelele za elektroniki , lakini pia inaweza kuwa na matukio ya nje ambayo yanayoathiri uzushi kipimo - upepo, vibrations, mvuto wa mvuto wa mwezi, tofauti ya joto, tofauti ya unyevu, nk, kulingana na kile kinachohesabiwa na ya unyeti wa kifaa . Mara nyingi inawezekana kupunguza kelele kwa kudhibiti mazingira. Vinginevyo, wakati sifa za kelele zinajulikana na ni tofauti na ishara, inawezekana kuifuta au kusindika ishara.

Kwa mfano, wakati mwingine inawezekana kutumia amplifier-lock katika kuimarisha na kuifunga ishara ndani ya bandwidth nyembamba sana na kisha kuchuja ishara ya kugunduliwa kwa bendi nyembamba ambapo inakaa, na hivyo kuondoa zaidi ya bomba broadband. Wakati ishara ni mara kwa mara au mara kwa mara na kelele ni random, inawezekana kuimarisha SNR kwa kupima kipimo. Katika kesi hii kelele inakwenda chini kama mizizi ya mraba ya idadi ya sampuli zilizopigwa.

Zaidi ya hayo, kelele ya ndani ya mifumo ya umeme inaweza kupunguzwa na amplifiers ya chini ya kelele .

Ishara za Digital

Wakati kipimo kinapotumiwa, idadi ya vipindi vinavyotumiwa kupima kipimo huamua uwiano mkubwa wa ishara-kwa-kelele. Hii ni kwa sababu kiwango cha chini cha kelele kinachowezekana ni kosa lililosababishwa na quantization ya ishara, wakati mwingine huitwa kelele ya Quantization . Ngazi hii ya kelele ni tegemezi isiyo ya kawaida na ya ishara; Mahesabu tofauti huwepo kwa mifano tofauti ya ishara. Kelele ya kuthibitisha inaelezewa kama ishara ya kosa la analogo iliyoongozwa na ishara kabla ya kupimwa ("kelele ya kuongezea").

SNR ya juu ya kinadharia inachukua ishara kamili ya pembejeo. Ikiwa ishara ya pembejeo tayari iko penye kelele (kama ilivyo kawaida), kelele ya signal inaweza kuwa kubwa kuliko kelele ya quantization. Waongofu halisi wa analog-digital pia wana vyanzo vingine vya kelele ambavyo vinavyopungua zaidi SNR ikilinganishwa na upeo wa kinadharia kutoka kwa kelele ya kupima kura, ikiwa ni pamoja na kuongeza kwa makusudi ya dither .

Ingawa viwango vya kelele kwenye mfumo wa digital vinaweza kuelezewa kwa kutumia SNR, ni kawaida kutumia E b / N o , nishati kwa kila sauti ya wiani spectral nguvu.

Uwiano wa kosa la moduli (MER) ni kipimo cha SNR katika ishara iliyowekwa kwa tarakimu.

Nambari isiyohamishika

Kwa n -bit integers na umbali sawa kati ya viwango vya quantization ( sare quantization ) upeo wa nguvu (DR) pia imeamua.

Kutokana na usambazaji sare wa maadili ya pembejeo za pembejeo, kelele ya quantization ni ishara ya nusu ya kusambazwa kwa kiwango kikubwa na kiwango cha juu cha kiwango cha quantization, na kufanya uwiano wa amplitude 2 n / 1. Fomu hiyo ni:

Uhusiano huu ni asili ya taarifa kama "sauti ya 16-bit ina kiwango cha nguvu cha 96 dB". Kila kitu cha ziada cha quantization kinaongeza ukubwa wa nguvu kwa karibu 6 dB.

Kutokana na signal kamili ya sine wimbi (yaani, kiantiri imeundwa kama hiyo ina maadili sawa na kiwango cha juu kama ishara ya pembejeo), kelele ya quantization inakaribia wimbi la sawtooth yenye amplitude ya kilele cha juu kwa kiwango cha moja cha quantization [11] na usambazaji wa sare. Katika kesi hiyo, SNR inakaribia

Nambari inayozunguka

Nambari za hatua zinazozunguka hutoa njia ya kuuza uwiano wa signal-to-noise kwa ongezeko la upeo wa nguvu. Kwa idadi namba zinazozunguka, na nm bits katika mantissa na m bits katika exponent :

Kumbuka kuwa upeo wa nguvu ni mkubwa sana kuliko kiwango cha fasta, lakini kwa gharama ya uwiano mbaya zaidi wa signal-to-noise. Hii inafanya mwelekeo unaofaa unaofaa katika hali ambapo upeo wa nguvu ni kubwa au haitabiriki. Utekelezaji wa rahisi wa uhakika unaweza kutumika bila upungufu wa ubora wa ishara katika mifumo ambapo upeo wa nguvu ni chini ya 6.02m. Upeo mkubwa sana wa hatua ya kuelea inaweza kuwa na hasara, kwa sababu inahitaji zaidi ya kufikiri zaidi katika kubuni mipangilio. [12]

[kumbuka 3] [kumbuka 4]

Optical SNR

Ishara za macho zina mzunguko wa carrier ambao ni mkubwa zaidi kuliko mzunguko wa moduli (karibu 200 THz na zaidi). Kwa njia hiyo kelele inashughulikia bandwidth ambayo ni pana zaidi kuliko ishara yenyewe. Ushawishi wa ishara hutegemea hasa juu ya kuchuja ya kelele. Ili kuelezea ubora wa ishara bila kuchukua akaunti ya kupokea, SNR ya macho (OSNR) hutumiwa. OSNR ni uwiano kati ya nguvu za ishara na nguvu ya kelele katika bandwidti iliyotolewa. Mara nyingi bandwidth ya kumbukumbu ya 0.1 nm hutumiwa. Bandwidth hii inajitegemea muundo wa moduli, mzunguko na mpokeaji. Kwa mfano, OSNR ya 20 dB / 0.1 nm inaweza kutolewa, hata ishara ya GBP ya GBG 40 haifai katika bandwidth hii. OSNR inapimwa na analyzer ya wigo wa macho .

Aina na vifupisho

Uwiano wa ishara kwa kelele unaweza kufupishwa kama SNR na chini ya kawaida kama S / N. PSNR inasimama uwiano wa kilele cha signal-to-noise . GSNR inasimama kwa uwiano wa Jiometri ya Sauti. SINR ni uwiano wa Signal-to-noise-plus-interference .

Angalia pia

  • Vipimo vya mfumo wa sauti
  • Uharibifu wa kizazi
  • Tatizo karibu-mbali
  • Piga kelele
  • Omega uwiano
  • Uwiano wa kilele cha signal-to-noise
  • Takwimu za sauti-kelele
  • Uwiano wa signal-plus-kuingiliwa
  • Uwiano wa Ishara kwa kelele (imaging)
  • SINAD
  • Ubora wa ubora wa video
  • Uharibifu wa jumla wa harmonic
  • Ubora wa video

Vidokezo

  1. ^ The connection between optical power and voltage in an imaging system is linear. This usually means that the SNR of the electrical signal is calculated by the 10 log rule. With an interferometric system, however, where interest lies in the signal from one arm only, the field of the electromagnetic wave is proportional to the voltage (assuming that the intensity in the second, the reference arm is constant). Therefore the optical power of the measurement arm is directly proportional to the electrical power and electrical signals from optical interferometry are following the 20 log rule . [3]
  2. ^ The exact methods may vary between fields. For example, if the signal data are known to be constant, then can be calculated using the standard deviation of the signal. If the signal data are not constant, then can be calculated from data where the signal is zero or relatively constant.
  3. ^ Often special filters are used to weight the noise: DIN-A, DIN-B, DIN-C, DIN-D, CCIR-601; for video, special filters such as comb filters may be used.
  4. ^ Maximum possible full scale signal can be charged as peak-to-peak or as RMS. Audio uses RMS, Video P-P, which gave +9 dB more SNR for video.

Marejeleo

  1. ^ Breeding, Andy (2004). The Music Internet Untangled: Using Online Services to Expand Your Musical Horizons . Giant Path. p. 128. ISBN 9781932340020 .
  2. ^ "Signal-to-noise ratio" . scholarpedia.org .
  3. ^ Michael A. Choma, Marinko V. Sarunic, Changhuei Yang, Joseph A. Izatt. Sensitivity advantage of swept source and Fourier domain optical coherence tomography. Optics Express, 11(18). Sept 2003.
  4. ^ D. J. Schroeder (1999). Astronomical optics (2nd ed.). Academic Press. p. 433. ISBN 978-0-12-629810-9 .
  5. ^ a b Bushberg, J. T., et al., The Essential Physics of Medical Imaging, (2e). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2006, p. 280.
  6. ^ Rafael C. González, Richard Eugene Woods (2008). Digital image processing . Prentice Hall. p. 354. ISBN 0-13-168728-X .
  7. ^ Tania Stathaki (2008). Image fusion: algorithms and applications . Academic Press. p. 471. ISBN 0-12-372529-1 .
  8. ^ Jitendra R. Raol (2009). Multi-Sensor Data Fusion: Theory and Practice . CRC Press. ISBN 1-4398-0003-0 .
  9. ^ John C. Russ (2007). The image processing handbook . CRC Press. ISBN 0-8493-7254-2 .
  10. ^ Rose, Albert (1973). Vision – Human and Electronic . Plenum Press. p. 10. ISBN 9780306307324 . [...] to reduce the number of false alarms to below unity, we will need [...] a signal whose amplitude is 4–5 times larger than the rms noise.
  11. ^ Defining and Testing Dynamic Parameters in High-Speed ADCs — Maxim Integrated Products Application note 728
  12. ^ Fixed-Point vs. Floating-Point DSP for Superior Audio — Rane Corporation technical library

Viungo vya nje