Comunicación digital: cuantificación
La digitalización de señales analógicas implica el redondeo de los valores que son aproximadamente iguales a los valores analógicos. El método de muestreo elige algunos puntos en la señal analógica y luego estos puntos se unen para redondear el valor a un valor casi estabilizado. Tal proceso se llama comoQuantization.
Cuantizar una señal analógica
Los convertidores de analógico a digital realizan este tipo de función para crear una serie de valores digitales a partir de la señal analógica dada. La siguiente figura representa una señal analógica. Esta señal para convertirse en digital, debe someterse a muestreo y cuantificación.
La cuantificación de una señal analógica se realiza discretizando la señal con varios niveles de cuantificación. Quantization representa los valores muestreados de la amplitud mediante un conjunto finito de niveles, lo que significa convertir una muestra de amplitud continua en una señal de tiempo discreto.
La siguiente figura muestra cómo se cuantifica una señal analógica. La línea azul representa la señal analógica mientras que la marrón representa la señal cuantificada.
Tanto el muestreo como la cuantificación dan como resultado la pérdida de información. La calidad de la salida de un cuantificador depende del número de niveles de cuantificación utilizados. Las amplitudes discretas de la salida cuantificada se denominanrepresentation levels o reconstruction levels. El espaciado entre los dos niveles de representación adyacentes se llamaquantum o step-size.
La siguiente figura muestra la señal cuantificada resultante que es la forma digital para la señal analógica dada.
Esto también se llama Stair-case forma de onda, de acuerdo con su forma.
Tipos de cuantificación
Hay dos tipos de cuantificación: cuantificación uniforme y cuantificación no uniforme.
El tipo de cuantificación en el que los niveles de cuantificación están uniformemente espaciados se denomina Uniform Quantization. El tipo de cuantificación en el que los niveles de cuantificación son desiguales y en su mayoría la relación entre ellos es logarítmica, se denomina comoNon-uniform Quantization.
Hay dos tipos de cuantificación uniforme. Son del tipo Mid-Rise y Mid-Tread. Las siguientes figuras representan los dos tipos de cuantificación uniforme.
La figura 1 muestra el tipo de altura media y la figura 2 muestra el tipo de cuantificación uniforme de la banda de rodadura media.
los Mid-Risetipo se llama así porque el origen se encuentra en el medio de una parte ascendente del gráfico en forma de escalera. Los niveles de cuantificación de este tipo son pares.
los Mid-treadtipo se llama así porque el origen se encuentra en el medio de una huella del gráfico en forma de escalera. Los niveles de cuantificación de este tipo son impares.
Tanto los cuantificadores uniformes de altura media como de banda de rodadura media son simétricos con respecto al origen.
Error de cuantificación
Para cualquier sistema, durante su funcionamiento, siempre hay una diferencia en los valores de su entrada y salida. El procesamiento del sistema da como resultado un error, que es la diferencia de esos valores.
La diferencia entre un valor de entrada y su valor cuantificado se denomina Quantization Error. UNAQuantizeres una función logarítmica que realiza la cuantificación (redondeando el valor). Un convertidor de analógico a digital (ADC) funciona como cuantificador.
La siguiente figura ilustra un ejemplo de un error de cuantificación, que indica la diferencia entre la señal original y la señal cuantificada.
Ruido de cuantificación
Es un tipo de error de cuantificación, que suele ocurrir en la señal de audio analógica, mientras se cuantifica a digital. Por ejemplo, en la música, las señales cambian continuamente, donde no se encuentra una regularidad en los errores. Tales errores crean un ruido de banda ancha llamadoQuantization Noise.
Companding en PCM
La palabra Compandinges una combinación de compresión y expansión, lo que significa que hace ambas cosas. Esta es una técnica no lineal utilizada en PCM que comprime los datos en el transmisor y expande los mismos datos en el receptor. Los efectos del ruido y la diafonía se reducen mediante el uso de esta técnica.
Hay dos tipos de técnicas de Companding. Ellos son -
Técnica de compresión de la ley A
La cuantificación uniforme se logra en A = 1, donde la curva característica es lineal y no se realiza ninguna compresión.
La ley A tiene una altura media en el origen. Por tanto, contiene un valor distinto de cero.
La expansión de la ley A se utiliza para los sistemas telefónicos PCM.
Técnica de compresión de ley µ
La cuantificación uniforme se logra en µ = 0, donde la curva característica es lineal y no se realiza ninguna compresión.
La ley µ tiene una banda de rodadura intermedia en el origen. Por tanto, contiene un valor cero.
La compresión de ley µ se utiliza para señales de voz y música.
La ley µ se utiliza en Norteamérica y Japón.