デジタル通信-量子化

アナログ信号のデジタル化には、アナログ値にほぼ等しい値の四捨五入が含まれます。サンプリング方法では、アナログ信号のいくつかのポイントを選択し、これらのポイントを結合して、値をほぼ安定した値に丸めます。このようなプロセスは、Quantization。

アナログ信号の量子化

アナログ-デジタルコンバータは、このタイプの機能を実行して、指定されたアナログ信号から一連のデジタル値を作成します。次の図は、アナログ信号を表しています。この信号をデジタルに変換するには、サンプリングと量子化を行う必要があります。

アナログ信号の量子化は、いくつかの量子化レベルで信号を離散化することによって行われます。 Quantization は、振幅のサンプリング値を有限のレベルセットで表します。これは、連続振幅サンプルを離散時間信号に変換することを意味します。

次の図は、アナログ信号がどのように量子化されるかを示しています。青い線はアナログ信号を表し、茶色の線は量子化された信号を表します。

サンプリングと量子化の両方により、情報が失われます。Quantizer出力の品質は、使用される量子化レベルの数によって異なります。量子化された出力の離散振幅は、次のように呼ばれます。representation levels または reconstruction levels。2つの隣接する表現レベル間の間隔は、quantum または step-size。

次の図は、特定のアナログ信号のデジタル形式である結果の量子化信号を示しています。

これは、 Stair-case その形状に応じた波形。

量子化の種類

量子化には、均一量子化と不均一量子化の2種類があります。

量子化レベルが等間隔に配置されている量子化のタイプは、 Uniform Quantization。量子化レベルが等しくなく、ほとんどの場合、それらの間の関係が対数である量子化のタイプは、と呼ばれます。Non-uniform Quantization。

均一量子化には2つのタイプがあります。ミッドライズタイプとミッドトレッドタイプがあります。次の図は、2種類の均一量子化を表しています。

図1はミッドライズタイプ、図2はミッドトレッドタイプの均一量子化を示しています。

• ザ・ Mid-Riseグラフのように階段の隆起部分の真ん中に原点があることから、このタイプと呼ばれています。このタイプの量子化レベルは偶数です。

• ザ・ Mid-treadグラフのように階段の踏み板の真ん中に原点があるため、タイプと呼ばれます。このタイプの量子化レベルの数は奇数です。

• 中層型と中層型の均一量子化器はどちらも原点に関して対称です。

量子化エラー

どのシステムでも、その機能中は、入力と出力の値に常に違いがあります。システムの処理により、これらの値の差であるエラーが発生します。

入力値とその量子化された値の差は、 Quantization Error。AQuantizerは、量子化（値の四捨五入）を実行する対数関数です。アナログ-デジタルコンバーター（ADC）量子化器として機能します。

次の図は、元の信号と量子化された信号の違いを示す、量子化エラーの例を示しています。

量子化ノイズ

これは一種の量子化エラーであり、通常、アナログオーディオ信号をデジタルに量子化するときに発生します。たとえば、音楽では、信号は絶えず変化し続けますが、エラーには規則性が見られません。このようなエラーは、次のような広帯域ノイズを生成します。Quantization Noise。

PCMでの圧伸

言葉 Compandingは圧縮と拡張の組み合わせです。つまり、両方を実行します。これは、PCMで使用される非線形技術であり、送信機でデータを圧縮し、受信機で同じデータを拡張します。この手法を使用することにより、ノイズとクロストークの影響が軽減されます。

圧伸技術には2つのタイプがあります。彼らは-

A-law圧伸技術

• 均一な量子化はで達成されます A = 1、ここで、特性曲線は線形であり、圧縮は行われません。

• A-lawは原点で中層になっています。したがって、ゼロ以外の値が含まれます。

• A-law圧伸は、PCM電話システムに使用されます。

µ-law圧伸技術

• 均一な量子化はで達成されます µ = 0、ここで、特性曲線は線形であり、圧縮は行われません。

• µ-lawは原点にミッドトレッドがあります。したがって、ゼロ値が含まれます。

• µ-law圧伸は、音声および音楽信号に使用されます。

µ-lawは北米と日本で使用されています。