Diskussion:Überabtastung

--grundsätzliches problem, es gibt keine analog digital wandlung, sondern eine andalog digital UMSETZUNG---

Wie wäre es mit einer kurzen Begriffserklärung und Verweis auf das Nyquist-Shannon_Abtasttheorem? --Moralapostel 23:30, 15. Jun 2004 (CEST)

Der Artikel muss völlig überarbeitet werden, mein nachfolgender Beitrag ist so lange, dass ich ihn mit meiner Signatur einklammere --Quintilis 23:54, 15. Jun 2004 (CEST):

Nach meiner Meinung beschreiben die Artikel Oversampling und Undersampling nicht den Kern der Sache. Ich halte die Änderung vom 13.06.2004 für falsch und würde wieder die vorherige Version nehmen:

Man spricht in der Digitalen Signalverarbeitung von Oversampling, wenn ein Signal mit einem Vielfachen der doppelten Bandbreite diskretisiert (abgetastet) wird.

Hintergrund:

Oversampling wird oft eingesetzt um digitale Tiefpassfilter verwenden zu können. Diese sind billiger als analoge. Ganz extrem ist dies beim Delta-Sigma-Wandler, wo oft 128-faches Oversampling eingesetzt wird. Am Ausdruck n-faches Oversampling erkennt man, dass das Vielfache wichtig ist. Von Oversampling spricht man insbesondere nicht, wenn die Abtastfrequenz geringfügig höher ist als die doppelte Bandbreite, da dies laut Abtasttheorem sogar gefordert ist und somit bei korrekt ausgelegter Abtastfrequenz immer der Fall ist.

Den Nachsatz: Oversampling führt zu einem Übermaß an Speicherplatzverbrauch. würde ich streichen, weil nach dem digitalen Tiefpassfilter das Oversampling wieder durch eine Dezimierung kompensiert werden kann.

Von Oversampling spricht man auch im Zusammenhang mit der D/A-Wandlung, damit ist gemeint, dass die Abtastfrequenz des digitalisierten Signals um ein Vielfaches erhöht wird. Hierzu ist eine vorgeschaltete Interpolation nötig. Hierbei handelt es sich um den selben Vorgang, wie bei der A/D-Wandlung, wenn man sich das abgetastete Signal als mit einem sinc-Signal gefaltete Pulsfolge vorstellt, welche keine Frequenzanteile über der halben Abtastfrequenz hat. Obwohl das Signal also zeitdiskret vorliegt repräsentiert es ein zeitkontinuierliches Signal. Um dieses perfekt auszugeben wäre eine unendliche Abtastfrequenz (unendlich-faches Oversampling) nötig. Durch endliches Oversampling und Tiefpassfilter kommt man dem Ideal sehr nahe.

Weitere Aspekte, die genannt werden sollten:

- Erhöhung der effektiven Bits - Oversampling bei der Darstellung von (Zeit-)Signalen - Oversampling bei der Darstellung von Grafiken (bei Grafikkarten ist der Begriff Antialiasing üblich, was auch nicht falsch ist)

Bei dem Bild mit dem Gleitsinus handelt es sich nicht links um Oversampling und rechts um Undersampling, da das Signal als Ganzes zu betrachten ist. Das Bild würde sich gut für den Artikel Alias-Effekt eignen.

Der bei Abtasttheorem stehende Text sollte auch für Oversampling (bzw. Undersampling) übernommen werden:

Überabtastung (Oversampling)

Wenn man eine höhere Abtastfrequenz wählt, erhält man keine zusätzlichen Informationen. Der Aufwand für Verarbeitung, Speicherung und Übertragung steigt jedoch. Trotzdem wird Oversampling häufig angewendet.

Liegt nämlich die Nutzbandbreite B sehr nahe bei der Abtastfrequenz, so werden sehr hohe Anforderungen an die Flankensteilheit des Tiefpassfilters gestellt. Diese analogen Filter können häufig nur mit großem Aufwand abgeglichen werden.

Oversampling erlaubt es, die Anforderungen an das analoge Tiefpassfilter drastisch zu reduzieren, in dem die steilflankige Bandbegrenzung auf ein präzises Digitalfilter hoher Ordnung verlagert wird. (In der Praxis wird häufig ein Oversampling-Faktor M = 2 oder M = 4 gewählt).

Somit braucht man weniger steile analoge Filter vor dem Abtasten. Nach der Abtastung wird dann das digitale Filter angewendet und gleichzeitig die Abtastfrequenz reduziert. Das digitale Filter wird auch als Dezimierfilter bezeichnet.

Unterabtastung (Sub-Nyquist-Sampling)

Das Konzept f_abtast > 2 · f_max ist eine vereinfachte Darstellung, die allerdings sehr gebräuchlich und nützlich ist. Genau genommen muss anstelle von f_max die Bandbreite stehen, welche definiert ist durch den Bereich zwischen niedrigster und höchster im Signal vorkommenden Frequenz. Nur in Basisbandsignalen ist die Bandbreite mit f_max identisch, Basisbandsignale sind Signale mit niederfrequenten Anteilen in der Nähe von 0 Hz.

Diese Erkenntnis führte zu einem Konzept namens Unterabtastung, welches z. B. in digitaler Radiotechnik Verwendung findet. Angenommen man möchte alle Radiosender empfangen, die zwischen 88 und 108 MHz senden, interpretiert man das Abtasttheorem in seiner Basisband-Version, müsste die Abtastfrequenz über 216 MHz liegen. Tatsächlich wird aber durch die Technik der Unterabtastung nur eine Abtastfrequenz von mehr als 40 MHz benötigt. Voraussetzung dafür ist, dass vor der Digitalisierung aus dem Signal mittels Bandpassfilter alle Frequenzen außerhalb des Frequenzbereichs von 88 - 108 MHz entfernt werden. Wird das Signal dann beispielsweise mit 44 MHz abgetastet, erscheint die analoge Frequenz von 100 MHz als 12 MHz im Digitalsignal. Durch das Wissen über die Unterabtastung und das Bandpassfilter kann dieses Signal korrekt als 100 MHz-Signal interpretiert werden.

--Quintilis 23:54, 15. Jun 2004 (CEST)

Habe diese Diskussion erst entdeckt, *nachdem* ich einiges in den Text eingefügt habe. Quintilis, füge doch den Rest aus dieser Diskussion mit hinzu -- DrKoch

Gerne, aber ich bin jetzt erst mal eine Woche unterwegs, es geht erst danach. --Quintilis 07:21, 17. Jun 2004 (CEST)

Was bitte hat das Bild hier mit Oversampling zu tun?

pp

Wo genau siehst du das Problem mit dem Bild? Sampling beschreibt meiner Meinung nach eine Messreihe auf einer Wechselgröße. Das Bild stellt Over- ebenso wie Undersampling dar. Dass hierbei nicht wie in Lehrbüchern oft üblich eine feste Signalfrequenz und eine variable Samplingfrequenz gewählt wurde, sehe ich nicht als Nachteil - eher im Gegenteil (in der Praxis ist die Samplingfrequenz meistens auch nicht variabel). Ist die Signalfrequenz wesentlich kleiner als die doppelte Samplingfrequenz, spricht man von Oversampling. Ist sie gleich oder größer, spricht man von Undersampling und man erhält Scheinfrequenzen. Der übergang zwischen diesen Zuständen ist im Bild dargestellt. --Moralapostel 19:59, 29. Aug 2004 (CEST)

Und deine Aussage:

Oversampling führt nicht zu höheren Datenraten und höherem Speicherplatzverbrauch.

kann ich gar nicht verstehen. Wenn ich Faktor x Mal so oft pro Zeitabschnitt Messe, erhalte ich auch x Mal so viele Samplingdaten pro Zeitabschnitt, ich benötige bei einer Speicherung auch x Mal soviel Speicher pro Zeitabschnitt und zur Übertragung der Rohdaten benötige ich x Mal soviel Bandbreite. --Moralapostel 19:59, 29. Aug 2004 (CEST)

Du vergißt, daß es nicht notwendig ist, das overgesamplete Signal zu speichern oder zu übertragen, es reicht aus, die einfache, normale Datenrate zu verwenden. Oversampling verwendet man im Prinzip ja auch nur beim DAC (bzw. ADC) und speichert nicht etwa auf einer CD oder DAT ein overgesampletes Signal, was Verschwendung wäre. pp

Finde ich nicht überzeugend. (1) Eine nachträgliche Datenreduktion ändert nichts an dem erhöhten Datenaufkommen durch Oversampling. Die Daten müssen alle in den DSP übertragen werden, wo sie ggf. reduziert werden. (2) Es wird sehr wohl mit oversamled Daten gearbeitet. Studioequipment arbeitet mit 96kHz und mehr (massives oversampling), damit auch nach der digitalen Bearbeitung ein perfektes Signal zur Verfügung steht. Selbst die 44,1 kHz der Audio-CD sind streng gesehen oversampled, wenn man bedenkt, dass bei normalen Menschen die Wahrnehmung bei circa 17 kHz endet (bitte keine audiophilen Glaubenskriege). --Moralapostel 20:24, 16. Sep 2004 (CEST)

Ich glaube hier entsteht gerade eine Begriffsverwirrung. Man sollte den Artikel an den betreffenden Stellen noch sauberer ausführen. Als Oversampling bezeichnet man das Verhältnis von Ziel-Samplingfrequenz (bei CD 44.1 kHz) und der realen Samplerate des Wandlers (z.B. 8faches Oversampling = 352.8 kHz). Die von Dir erwähnten 96 kHz haben damit nichts zu tun, das ist kein Oversampling. Ich werde mir mal was aus den Fingern saugen und versuchen das hier etwas klarer aufzuschreiben. Ich habe auch eine Idee für ein passendes Bild, aber ich bin kein guter Grafiker. Ich könnte eine Skizze machen, die dann evt. jemand begabteres umsetzen könnte. ("Datenreduktion" halte ich an dieser Stelle ebenfalls für einen unpassenden Begriff.) --Pp 16:22, 24. Sep 2004 (CEST)

Meiner Meinung nach haben die 96 kHz schon etwas damit zu tun (bin übrigens gelernter Elektroniker, und habe sowas schon mehrfach selbst gebaut). Die Zielfrequenz bei Studioaufnahmen implizit durch die obere Grenzfrequenz des Empfängers gegeben, und das ist bei Menschen nunmal höchstens 22 kHz. Ich könnte übrigens folgendes Bild anbieten, aber das ist irgendwann mal herausgeflogen, weil es falsch sein soll (obwohl ich mir ziehmlich sicher bin, dass es brauchbar ist). Ich halte für diesen Artikel einen praktischen Ansatz für angebracht, für Theoretiker ist das Shannon-Nyqist-Theorem selbsterklärend.

Verbesserungsvorschläge werden gerne umgesetzt - ich kann das Bild anpassen. --Moralapostel 19:59, 7. Nov 2004 (CET)

In meiner ungeduldigen Art habe ich oben schon rumgebastelt, ehe ich bis unten gelesen habe und dort

Praxis

gelesen habe. Dieser Punkt ist durch meinen Zweierpotenz-Einschub bei den DA-Wandlern fast schon obsolet geworden. Bei den AD-Wandlern ist auch schon "Vielfachheit = ganzzahlig" genannt.

-- Peter, 217.225.65.23 18:20, 2. Jan 2005 (CET)

Klangverbesserung?

Im Artikel steht „Ein angenehmer Nebeneffekt ist, dass durch Oversampling der Störabstand, beispielsweise bei CD-Wiedergabe, verbessert wird. Die Rauschleistung wird durch Überabtastung gleichmäßig auf ein größeres Frequenzintervall verteilt.“ Ist das wirklich positiv? Im Grunde ist das doch das Gegenteil von Rauschformung, oder nicht? – 91.4.12.34 05:16, 18. Apr. 2007 (CEST)

Lemma überflüssig

Das Lemma "Überabtastung" ist künstlich (ein durch "wortwörtliche" Übersetzung entstandener unidiomatischer Anglizismus - besser wäre "Mehrfachabtastung") und überflüssig. Der fachlich gängige Begriff ist "Oversampling" - der Inhalt sollte unter diesen Begriff verschoben und unter "Überabtastung" bzw. "Mehrfachabtastung" nur ein Verweis bzw. Redirect darauf angelegt werden.

Begriffsüberschneidungen mit Upsampling?

Ich dachte, dass Upsampling und Oversampling im Grunde die gleiche Idee von Überaptastung bzw. Aufwärtsabtastung bedeuten. Je nach Anwendungsbereich verändern sich dann die Bedeutungen leicht. Dachte ich...

Müsste man diese Artikel nicht irgendwie zusammenwerfen? (nicht signierter Beitrag von 89.204.138.84 (Diskussion) 15:12, 7. Jul 2012 (CEST))

Wow - was will uns der Autor damit sagen?

Die Überabtastung geschieht durch eine Abtastratenkonvertierung von der meistens frei wählbaren Quellabtastfrequenz auf die gewünschte Zielabtastfrequenz. Dieses geschieht durch eine Tiefpassfilterung mit anschließender Dezimierung der Abtaststellen. Und der erste Satz findet sich gleich zweimal im Artikel.

Und ich dachte bisher, dass der Begriff "Überabtastung" das Verhältnis von Abtastrate zu kritischer Frequenz beschreibt. So steht es zumindest in der Einleitung. --Burkhard (Diskussion) 20:27, 12. Feb. 2019 (CET)

Division durch n oder 2^n

Moin, unter Funktionsweise steht: "Um den mittleren Abtastwert mit n zusätzlichen Bits auf eine ganze Zahl hochskalieren zu lassen, wird die Summe von 2^(2n) Abtastwerten x_i durch n geteilt". Darunter stehen Formeln in denen durch 2^n oder 2^(2n) geteilt wird. Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Text falsch ist, aber nicht ganz sicher, deshalb frage ich hier: Stimmt das so? -- DvsseI (Diskussion) 08:39, 10. Okt. 2024 (CEST)