Poměr signálu a šumu (často zkráceně SNR nebo S/N) je pojem elektrotechniky, který je definován jako poměr výkonu signálu a šumu, který kazí signál.
Poměr signálu k šumu méně technicky porovnává úroveň požadovaného signálu (například hudby) s úrovní šumu v pozadí. Čím je tento poměr vyšší, tím je šum v pozadí méně obtěžující.
Poměr signálu a šumu je inženýrský termín pro poměr výkonu mezi signálem (smysluplnou informací) a šumem pozadí:
kde P je průměrný výkon a A je amplituda RMS. Výkon signálu i šumu (nebo amplituda) se musí měřit ve stejných nebo ekvivalentních bodech systému a v rámci stejné šířky pásma systému.
Protože mnoho signálů má velmi široký dynamický rozsah, SNR se obvykle vyjadřují logaritmickou decibelovou stupnicí. V decibelech je SNR podle definice 10násobkem logaritmu poměru výkonu. Pokud se signál a šum měří přes stejnou impedanci, pak SNR lze získat výpočtem 20násobku logaritmu základu-10 amplitudového poměru:
Elektrické SNR a akustika
Často jsou porovnávané signály elektromagnetického charakteru, i když je možné tento termín použít i na zvukové podněty. Vzhledem k definici decibelu dává SNR stejný výsledek nezávisle na typu signálu, který je vyhodnocován (například výkon, proud nebo napětí).
Poměr signálu k šumu úzce souvisí s konceptem dynamického rozsahu, kde dynamický rozsah měří poměr mezi šumem a největším nezkresleným signálem na kanálu. SNR měří poměr mezi šumem a libovolným signálem na kanálu, ne nutně nejsilnější možný signál. Z tohoto důvodu měření poměru signálu k šumu vyžaduje výběr reprezentativního nebo referenčního signálu. V audio inženýrství je tento referenční signál obvykle sinusová vlna, znějící tón, na uznávané a standardizované jmenovité úrovni nebo úrovni zarovnání, například 1 kHz při +4 dBu (1.228 VRMS).
SNR se obvykle považuje za označení průměrného poměru signál-šum, protože je možné, že (téměř) okamžité poměry signál-šum budou značně odlišné. Koncepci lze chápat jako normalizaci úrovně šumu na 1 (0 dB) a měření, jak daleko signál „vyčnívá“. Obecně platí, že vyšší signál-šum je lepší; signál je „čistší“.
Zpracování obrazu a interferometrie
Při zpracování obrazu je SNR obrazu obvykle definován jako poměr střední hodnoty pixelů ke směrodatné odchylce hodnot pixelů. Souvisejícími ukazateli jsou „kontrastní poměr“ a „kontrast-šum“.
Spojení optického výkonu a napětí v zobrazovacím systému je lineární. To obvykle znamená, že SNR elektrického signálu se vypočítá podle pravidla 10 log. U interferometrického systému, kde je však zájem o signál pouze z jednoho ramene, je pole elektromagnetické vlny úměrné napětí (za předpokladu, že intenzita ve druhém je referenční rameno konstantní). Proto je optický výkon měřicího ramene přímo úměrný elektrickému výkonu a elektrické signály z optické interferometrie se řídí pravidlem 20 log.
Pro měřicí zařízení obecně vzato
Záznam hluku termogravimetrického analyzátoru, který je z mechanického hlediska špatně izolován; střed křivky vykazuje nižší hluk, vzhledem k menší okolní lidské činnosti v noci.
Každé měřicí zařízení je narušeno parazitickými jevy. Patří sem elektronický hluk, jak je popsáno výše, ale také jakákoli vnější událost, která ovlivňuje měřený jev – vítr, vibrace, gravitační přitažlivost měsíce, kolísání teploty, kolísání vlhkosti atd. v závislosti na tom, co je měřeno a citlivosti zařízení.
Často je možné snížit hluk ovládáním prostředí. V opačném případě, když jsou známy vlastnosti hluku a liší se od signálu, je možné ho filtrovat nebo zpracovat signál.
Když je šum náhodná perturbace a signál je konstantní hodnota, je možné zvýšit SNR prodloužením doby měření.
Při použití digitálního úložiště určuje počet bitů každé hodnoty maximální poměr signálu a šumu. V tomto případě je šumem chybový signál způsobený kvantifikací signálu, která probíhá v analogově-digitálním převodu. Hladina šumu je nelineární a závislá na signálu; pro různé modely signálu existují různé výpočty. Šum je modelován jako analogový chybový signál, který je před kvantifikací sečten se signálem („aditivní šum“).
Poměr chyby modulace (MER) je míra SNR v digitálně modulovaném signálu. Stejně jako SNR může být MER vyjádřeno v dB.
U n-bitových celých čísel se stejnou vzdáleností mezi kvantovanými úrovněmi (jednotná kvantizace) se určuje také dynamický rozsah (DR).
Tento vztah je původem výroků typu „16bitové audio má dynamický rozsah 96 dB“. Každý další kvantizační bit zvyšuje dynamický rozsah zhruba o 6 dB.
Za předpokladu signálu sinusového vlnění v plném rozsahu se kvantizační šum blíží pilovité vlně s amplitudou peak-to-peak jedné kvantizační úrovně. V tomto případě je SNR:
Čísla s plovoucí desetinnou čárkou poskytují způsob, jak zaměnit poměr signálu a šumu za zvýšení dynamického rozsahu. Pro n bitová čísla s plovoucí desetinnou čárkou, s n-m bity v mantisse a m bity v exponentu:
Všimněte si, že dynamický rozsah je mnohem větší než pevný bod, ale za cenu horšího poměru signálu a šumu. Díky tomu je plovoucí bod vhodnější v situacích, kdy je dynamický rozsah velký nebo nepředvídatelný. Jednodušší implementace pevného bodu mohou být použity bez znevýhodnění kvality signálu v systémech, kde je dynamický rozsah menší než 6,02 m. Velmi velký dynamický rozsah plovoucího bodu může být nevýhodou, protože vyžaduje větší předvídavost při navrhování algoritmů.
Neformálně se „poměr signálu a šumu“ vztahuje k poměru užitečných informací k nepravdivým nebo irelevantním údajům.
V on-line diskusních fórech, jako je Usenet, jsou příspěvky mimo téma a spam považovány za „šum“, který ruší „signál“ příslušné diskuse. Dalším příkladem je Bugzilla, kde komentáře typu „opravte to prosím“ zaneřádí diskusi, aniž by pomohly vyřešit chybu. Systém moderování může vylepšit SNR odfiltrováním irelevantních příspěvků.
Model spolupráce wiki řeší stejný problém jiným způsobem, a to tak, že umožňuje uživatelům „moderovat“ obsah, ideálně přidávat signál a zároveň odstraňovat šum. Bohužel, k inverzi často dochází, když někteří uživatelé přidávají šum a odstraňují signály z článků.[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text]