Aliasing a jeho projevy na harmonické funkci – applet

Applet názorně ukazuje spektrum harmonického signálu navzorkovaného zvoleným vzorkovacím kmitočtem. Pokud nebude splňen Nyquistův teorém, tedy pokud vzorkovací kmitočet nebude více než dvojnásobný než kmitočet harmonické, výsledný přehrávaný signál bude mít kmitočet odlišný (tzv. aliasing).

Frekvence signálu:
>
Vzorkovací frekvence:
>
Hz
>
Hz
>
vzorkovací teorém
Skutečná přehrávaná frekvence je

Navzorkováním signálu se ztrácí informace. Pokud je vzorkování provedeno správně, pak jsou všechny ztracené informace pro nás nepodstatné. Spektrum navzorkovaného signálu vznikne z původního násobným kopírováním. Pokud není vzorkovací kmitočet dostatečný, tedy více než dvojnásobný oproti nejvyššímu kmitočtu v signálu, spektra se navzájem protnou a může dojít ke zkreslení – aliasingu.

Ústředním bodem appletu je graf znázorňující modulové spektrum v rozsahu od −2 kHz do 2 kHz. Vstupní harmonický signál je na něm znázorněný jako černá čára. Vzorkovací frekvence a její násobky jsou znázorněné jako červené čáry. Modré čáry pak představují kopie spektra vstupního signálu vzniklé navzorkováním. Kladná a záporná část spektra jsou vždy symetrické, jelikož zpracovávaný signál je reálný.

Zvolený signál, navzorkovaný a signál opět zrekonstruovaný je možné přehrát. Přitom je možné si všimnout, že pokud není dodržen Nyquistův teorém, přehrávaný signál bude mít nižší kmitočet. Ten bude odpovídat vždy té čáře signálu na grafu, která je zrovna nejblíže nuly.

Tip 1: Uvědom si, že při přehrávání skutečného zvuku (např. písničky) se tento děj odehraje pro každou harmonickou složku, ze které je zvuk složen.

Tip 2: Zkus pozorovat kola projíždějících aut skrze plot se svislými příčkami. Může se zdát, že se kola otáčejí nesprávnou rychlostí nebo dokonce pozpátku. I toto je projev aliasingu. Rychlost otáčení kola v tomto případě představuje frekvenci vstupního signálu (může být ještě znásobena počtem os symetrie kola) a vzorkovací frekvence bude úměrná četnosti mezer mezi příčkami plotu.


Ⓒ 2017 Filip Kratoš, Pavel Rajmic, Ústav telekomunikací, FEKT, VUT v Brně