Автор статьи: Gannon Kashiwa (перевод Ракитиной А.Ю.)
Ссылка на источник: http://akmedia.digidesign.com/support/docs/192ClockJitter_30957.pdfClocking, Jitter and the Digidesign 192 I/O Audio Interface
Джиттер – это нежелательные вариации сигнала по частоте или времени (т.е. нестабильность по частоте или времени). Джиттер можно отнести к числу характеристик сигнала (как амплитуда или фаза, к примеру) и его можно количественно охарактеризовать, как и все сигналы, изменяющиеся во времени. Также, подобно сигналам, изменяющимся во времени, джиттер можно представить в частотной области. Джиттер может быть обусловлен многими причинами, но результат – нестабильность сигнала в системе.
Джиттер содержит в себе временные и частотные компоненты, которые влияют на сигнал комплексно.
Очевидно, что для того, чтобы система функционировала должным образом, крайне необходимо стабильное тактирование – регулярное и без изменений скорости.
В аудиосистемах, к примеру, если интервал между периодами изменяется в течение аналого-цифрового преобразования, то это отражается на записи в виде искажений и/или шумов. Последующее проигрывание записи будет воспроизводить эти искажения. Если, к тому же, и тактирование при воспроизведении записи не идеально, то появятся дополнительные искажения и шумы.
Джиттер может быть случайным или периодическим (или, что является более вероятным, комбинированным от этих двух типов).
Случайный джиттер подобен шуму. Он изменяется случайным образом и вызывает случайную ошибку по напряжению, что похоже на добавление шума в исходный сигнал. Так как это происходит нерегулярно во времени, то такой джиттер нельзя предсказать. Наиболее часто случайный джиттер вызван шумами или наводками от соседних каналов связи.
В отличие от случайного джиттера, периодический джиттер наблюдается в определённые промежутки времени. Его воздействие на сигнал вызывает боковые полосы в спектре, которые математически связаны с частотой основного сигнала. Этот вид искажения называется частотной модуляцией (частота джиттера взаимодействует с частотой основного сигнала). Связь между частотой основного сигнала и джиттера можно точно определить: к примеру, если сигнал частоты 5 кГц будет взаимодействовать с джиттером частоты 1 кГц, то в результате этого в спектре сигнала к основной частоте 5 кГц добавятся боковые составляющие 4 кГц и 6 кГц.
Отметим, что джиттер вносит искажения в сигнал при преобразовании его из аналогового в цифровой и наоборот. При преобразовании сигнала из цифрового во вновь цифровой джиттер на сигнал никак не воздействует.
Для отслеживания наличия джиттера и управления им в цифровых тактовых системах часто используются системы фазовой автоподстройки частоты.
Существуют специальные устройства для предотвращения джиттера в системе: антиджиттеровые устройства; деджиттеровые буферы; деджиттерайзеры.
Антиджиттеровые устройства – это класс электрических устройств для уменьшения уровня джиттера в импульсном сигнале. Функционирование этих устройств заключается в том, что они регенерируют импульсы во времени, приближая их к более идеальному сигналу. Данные устройства широко используются в восстановительных блоках цифровых коммуникационных систем (аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях). Антиджиттеровые устройства заключают в себе блоки ФАПЧ.
Деджиттеровые буферы используются для противодействия джиттеру. Максимальный джиттер, которому может противодействовать такой буфер, определяется задержкой буфера. Некоторые системы используют сложные деджиттеровые буферы, которые способны подстраивать задержку буферизации в зависимости от изменений характеристик джиттера сети. Такие устройства носят название адаптивные деджиттеровые буферы. Логика адаптации базируется на оценке джиттера, которая вычисляется по характеристикам пакетов данных, что поступают в систему.
Деджиттерайзер – устройство, которое уменьшает джиттер в цифровом сигнале. Обычно деджиттерайзер состоит из эластичного буфера, в котором сигнал временно задерживается и затем ретранслируется с частотой, соответствующей средней частоте входного сигнала. Как правило, деджиттерайзеры неэффективны, если дело касается низкочастотного джиттера.
Понятно, что невозможно создать идеальное тактирование – полностью исключающее джиттер. Хотя некоторые системы и добиваются очень незначительных показателей джиттера, но все системы имеют ненулевой его показатель.
В случае с аудио сигналами было проведено множество экспериментов по влиянию джиттера на аудио сигналы. Однако результаты этих экспериментов довольно сложно обосновать, т.к. субъективное восприятие звука человеком трудно описать количественно. Теоретически, система, имеющая джиттер близкий к нулю, должна быть наиболее лучшей по звучанию. Тогда как многие наиболее популярные и признанные тактирующие аудио устройства вносят значительный джиттер.
Таким образом, очень сложно, если не невозможно, прийти к единому мнению (решению) относительно влияния джиттера на аудио сигнал.
Вследствие таких расхождений между теорией и экспериментами, на сегодняшний день требуются ещё эксперименты по изучению джиттера, чтобы более полно понять его влияние на аудио сигнал.