Oversampling
Man spricht in der digitalen Signalverarbeitung von Oversampling, wenn ein Signal mit einer mehrfach höheren Abtastrate diskretisiert (abgetastet) wird, als theoretisch zur Darstellung der Signalbandbreite benötigt wird.Entsprechend dem Nyquist-Shannon Abtasttheorem muß die Abtastrate über dem Doppelten der höchsten vorkommenden Signalfrequenz liegen, um eine fehlerfreie Rekonstruktion zu erlauben. Das Theorem setzt jedoch ideale Antialias- und Rekonstruktionsfilter voraus. In der Praxis werden die Rekonstruktionsfilter zwar immer besser, aber ganz ideal sind sie natürlich nicht. Daher benötigt man für eine exakte Abtastung und Rekonstruktion höhere Abtastraten als vom Abtasttheorem vorgegeben.
Insbesondere in der Audio-Technik arbeitet man mit starkem Oversampling. Dies ermöglicht den Einsatz von "schlechten" Antialias- und Rekonstruktionsfiltern, die wegen der schwächeren Phasenbeeinflussung ihrerseits den "Klang" weniger beeinflussen als Filter mit steileren Flanken.
Oversampling führt zu höheren Datenraten und höherem Speicherplatzverbrauch, erlaubt jedoch in der Praxis eine bessere Rekonstruktion.
Bei der Rekonstruktion von Signalen (z.B. bei CD-Spielern) aus den diskreten Werten wird der Signalverlauf zwischen den Stützpunkten gewöhnlich interpoliert.
- Die graue Sinuswelle ist das analoge Signal, das diskretisiert (nach digital gewandelt) werden soll. Die blauen Zahlen rechts, geben den Wertebereich an. Ein Sample, dass in diesen Bereich fällt, erhält diese digitale Zahl zugeordnet. Die senkrechten Linien (S1 bis S25) geben die Zeitpunkte an, zu denen gesampled wird. Die roten X verdeutlichen, in welchen Wertebereich das jeweilige Sample fällt. Die rechteckige blaue Signalform repräsentiert das digitale Signal (dies würde bei der Digital-Analog-Wandlung mit einem Tiefpass-Filter geglättet).
Ab S20 ist die Signalfrequenz gleich oder größer dem doppelten der Abtastfrequenz. Die unter diesen Bedingungen erlangten Messwerte erlauben die Rekonstruktion der ursprünglichen Wellenform nicht mehr. Dieses Verhältnis von Signal zu Abtastfrequenz nennt sich Undersampling.
Häufig wird Antialiasing auch falsch als Oversampling bezeichnet.
Hinweis
Verweise
Nyquist-Shannon Abtasttheorem, Abtastung, Alias-Effekt