Komunikacja cyfrowa - kwantyzacja
Digitalizacja sygnałów analogowych polega na zaokrąglaniu wartości, które są w przybliżeniu równe wartościom analogowym. Metoda próbkowania wybiera kilka punktów na sygnale analogowym, a następnie punkty te są łączone, aby zaokrąglić wartość do prawie ustabilizowanej wartości. Taki proces nazywa sięQuantization.
Kwantyzacja sygnału analogowego
Przetworniki analogowo-cyfrowe pełnią tego typu funkcję, tworząc szereg wartości cyfrowych z danego sygnału analogowego. Poniższy rysunek przedstawia sygnał analogowy. Aby ten sygnał został przekształcony w cyfrowy, musi zostać poddany próbkowaniu i kwantyzacji.
Kwantyzacja sygnału analogowego odbywa się poprzez dyskretyzację sygnału z wieloma poziomami kwantyzacji. Quantization przedstawia próbkowane wartości amplitudy za pomocą skończonego zestawu poziomów, co oznacza konwersję próbki o ciągłej amplitudzie na sygnał dyskretny w czasie.
Poniższy rysunek przedstawia sposób kwantowania sygnału analogowego. Niebieska linia przedstawia sygnał analogowy, podczas gdy brązowa reprezentuje sygnał skwantowany.
Zarówno próbkowanie, jak i kwantyzacja powodują utratę informacji. Jakość wyjścia kwantyzatora zależy od liczby zastosowanych poziomów kwantyzacji. Dyskretne amplitudy skwantyzowanego wyjścia nazywane są jakorepresentation levels lub reconstruction levels. Odstęp między dwoma sąsiednimi poziomami reprezentacji nazywany jest aquantum lub step-size.
Poniższy rysunek przedstawia wynikowy skwantowany sygnał, który jest cyfrową postacią dla danego sygnału analogowego.
Nazywa się to również jako Stair-case przebieg, zgodnie z jego kształtem.
Rodzaje kwantyzacji
Istnieją dwa rodzaje kwantyzacji - jednorodna kwantyzacja i niejednorodna kwantyzacja.
Typ kwantyzacji, w którym poziomy kwantyzacji są równomiernie rozmieszczone, jest określany jako a Uniform Quantization. Typ kwantyzacji, w którym poziomy kwantyzacji są nierówne, a przeważnie relacja między nimi jest logarytmiczna, określa się jakoNon-uniform Quantization.
Istnieją dwa rodzaje jednolitej kwantyzacji. Są typu Mid-Rise i Mid-Bieżnika. Poniższe rysunki przedstawiają dwa typy jednolitej kwantyzacji.
Rysunek 1 przedstawia typ ze średnim wzrostem, a rysunek 2 przedstawia jednorodną kwantyzację typu środkowego.
Plik Mid-Risetyp jest tak nazywany, ponieważ początek leży w środku wznoszącej się części klatki schodowej jak wykres. Poziomy kwantyzacji tego typu są parzyste.
Plik Mid-treadtyp jest tak nazywany, ponieważ początek leży w środku bieżnika klatki schodowej jak wykres. Poziomy kwantyzacji tego typu są nieparzyste.
Zarówno jednorodne kwantyzatory ze średnim i średnim bieżnikiem są symetryczne względem pochodzenia.
Błąd kwantyzacji
W przypadku każdego systemu podczas jego funkcjonowania zawsze występuje różnica w wartościach jego wejścia i wyjścia. Przetwarzanie systemu powoduje błąd, który jest różnicą tych wartości.
Różnica między wartością wejściową a jej skwantowaną wartością nazywana jest a Quantization Error. ZAQuantizerjest funkcją logarytmiczną, która wykonuje kwantyzację (zaokrąglanie wartości). Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) działa jako kwantyzator.
Poniższy rysunek ilustruje przykład błędu kwantyzacji, wskazując różnicę między oryginalnym sygnałem a skwantowanym sygnałem.
Szum kwantyzacji
Jest to rodzaj błędu kwantyzacji, który zwykle występuje w analogowym sygnale audio podczas kwantyzacji do postaci cyfrowej. Na przykład w muzyce sygnały ciągle się zmieniają, gdzie nie można znaleźć prawidłowości w błędach. Takie błędy tworzą szum szerokopasmowy zwany asQuantization Noise.
Komponowanie w PCM
Słowo Compandingto połączenie kompresji i rozszerzania, co oznacza, że robi jedno i drugie. Jest to nieliniowa technika stosowana w PCM, która kompresuje dane w nadajniku i rozszerza te same dane w odbiorniku. Dzięki tej technice redukowane są efekty hałasu i przesłuchów.
Istnieją dwa rodzaje technik Companding. Oni są -
A-law Companding Technique
Jednolita kwantyzacja jest osiągana przy A = 1, gdzie charakterystyka jest liniowa i nie jest wykonywana kompresja.
A-law ma średni wzrost na początku. W związku z tym zawiera wartość niezerową.
Kompresja A-law jest stosowana w systemach telefonicznych PCM.
Technika Komponentu µ-law
Jednolita kwantyzacja jest osiągana przy µ = 0, gdzie charakterystyka jest liniowa i nie jest wykonywana kompresja.
µ-law ma na początku środkowy bieżnik. W związku z tym zawiera wartość zerową.
Kompresja µ-law jest używana do sygnałów mowy i muzyki.
µ-law jest używane w Ameryce Północnej i Japonii.