Kvantizacija (obrada signala)

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Kvantizovani signal
Nekvantizovani signal sa diskretnim vremenom

Kvantizacija ( engl. Quantization) - obrada signala - otschotnyh particioniranje raspona vrijednosti signala na konačan broj nivoa ovih vrijednosti i zaokruživanje na jedan od dva njima najbliža nivoa [1] . U ovom slučaju, vrijednost signala se može zaokružiti ili na najbliži nivo, ili na manji ili veći od najbližih nivoa, ovisno o metodi kodiranja [2] . Ova kvantizacija se naziva skalarna. Postoji i vektorska kvantizacija - particionisanje prostora mogućih vrednosti vektorske veličine na konačan broj regiona i zamena ovih vrednosti identifikatorom jednog od ovih regiona [3] .

Nemojte brkati kvantizaciju sa uzorkovanjem (a samim tim i korak kvantizacije sa brzinom uzorkovanja ). Kod uzorkovanja, vremenski promjenjiva vrijednost (signal) se mjeri na određenoj frekvenciji (brzini uzorkovanja), tako da uzorkovanje dijeli signal duž vremenske komponente (na grafikonu - horizontalno). Kvantizacija, s druge strane, dovodi signal do navedenih vrijednosti, odnosno zaokružuje signal na njemu najbliže nivoe (na grafikonu - okomito). U ADC-u, zaokruživanje se može izvršiti na najbliži niži nivo. Signal na koji je primijenjeno uzorkovanje i kvantizacija naziva se digitalni .

Kvantizacija se često koristi u obradi signala, uključujući kompresiju zvuka i slike.

Prilikom digitalizacije signala, broj bitova koji kodiraju jedan nivo kvantizacije naziva se dubina kvantizacije ili širina bita . Što je dubina kvantizacije veća i što je veća brzina uzorkovanja, digitalni signal se više poklapa sa analognim. U slučaju ujednačene kvantizacije, dubina kvantizacije određuje dinamički raspon , mjeren u decibelima (1 bit na 6 dB) [4] .

Vrste kvantizacije

Uniformna (homogena) kvantizacija - cijepanje raspona uzoraka signala na segmente jednake dužine i zamjenjujući ove vrijednosti najbližim nivoom kvantizacije ... U ovom slučaju su moguće dvije varijante kvantizacije [5] :

1. Ako su vrijednosti signala u intervalu , gdje - korak kvantizacije, onda se zaokružuju na nivo (srednji uspon - karakteristika kvantizacije sa nulom na granici koraka kvantizacije):

2. Ako su vrijednosti signala u intervalu , onda se zaokružuju na nulti nivo (srednji sloj je karakteristika kvantizacije sa nulom u centru koraka kvantizacije):

,

gdje - zaokruživanje na najbliži cijeli broj .

Nakon uzorkovanja i kvantizacije, dobija se digitalni signal . Zatim nivo kvantizacije je zamijenjen skupom brojeva. Za kvantizaciju u binarnom kodu, opseg varijacije signala od minimalne vrijednosti do maksimalne vrijednosti podijeljena nivoi kvantizacije, gde - kvantizacija bitova. Vrijednost rezultujućeg intervala između nivoa (korak kvantizacije):

Svaki nivo je dodijeljen -bitni binarni kod - broj nivoa zapisan u binarnom broju. Svakom uzorku signala dodijeljen je kod nivoa koji mu je najbliži. Dakle, nakon uzorkovanja i kvantizacije, analogni signal je predstavljen nizom binarnih brojeva koji odgovaraju vrijednostima signala u određenim vremenskim trenucima, odnosno binarnim signalom. U ovom slučaju, svaki binarni broj je predstavljen nizom impulsa visokog (1) i niskog (0) nivoa. Bit za kvantizaciju zvuka se obično bira da bude od 8 do 32 bita ( poređenje digitalnih audio formata ), ali obično 16 ili 24 bita [6] .

Neujednačena kvantizacija - kvantizacija u kojoj je raspon vrijednosti signala podijeljen na segmente nejednake dužine. Koristi se za poboljšanje točnosti kvantizacije u slučaju kada je raspodjela vrijednosti signala neujednačena, na primjer, pri kvantizaciji zvuka. U ovom slučaju, nivoi kvantizacije bi trebali biti locirani češće u onim područjima gdje su vrijednosti signala vjerovatnije. Prilikom kvantizacije govornih signala često se koristi kompresor koji povećava male vrijednosti signala i smanjuje velike vrijednosti, nakon čega slijedi ujednačena kvantizacija.

Metode kvantizacije

Bilješke (uredi)

vidi takođe