Comunicação Digital - Quantização
A digitalização de sinais analógicos envolve o arredondamento dos valores que são aproximadamente iguais aos valores analógicos. O método de amostragem escolhe alguns pontos no sinal analógico e, em seguida, esses pontos são unidos para arredondar o valor para um valor quase estabilizado. Esse processo é chamado deQuantization.
Quantizando um Sinal Analógico
Os conversores analógico-digital executam esse tipo de função para criar uma série de valores digitais a partir do sinal analógico fornecido. A figura a seguir representa um sinal analógico. Este sinal para ser convertido em digital, tem que passar por amostragem e quantização.
A quantização de um sinal analógico é feita discretizando o sinal com vários níveis de quantização. Quantization está representando os valores amostrados da amplitude por um conjunto finito de níveis, o que significa converter uma amostra de amplitude contínua em um sinal de tempo discreto.
A figura a seguir mostra como um sinal analógico é quantizado. A linha azul representa o sinal analógico, enquanto a marrom representa o sinal quantizado.
Tanto a amostragem quanto a quantização resultam na perda de informações. A qualidade de uma saída do Quantizer depende do número de níveis de quantização usados. As amplitudes discretas da saída quantizada são chamadas derepresentation levels ou reconstruction levels. O espaçamento entre os dois níveis de representação adjacentes é chamado dequantum ou step-size.
A figura a seguir mostra o sinal quantizado resultante, que é a forma digital para o sinal analógico fornecido.
Isso também é chamado de Stair-case forma de onda, de acordo com sua forma.
Tipos de quantização
Existem dois tipos de quantização - quantização uniforme e quantização não uniforme.
O tipo de quantização em que os níveis de quantização são uniformemente espaçados é denominado como um Uniform Quantization. O tipo de quantização em que os níveis de quantização são desiguais e principalmente a relação entre eles é logarítmica, é denominado como umNon-uniform Quantization.
Existem dois tipos de quantização uniforme. Eles são do tipo Mid-Rise e Mid-Tread type. As figuras a seguir representam os dois tipos de quantização uniforme.
A Figura 1 mostra o tipo de altura média e a figura 2 mostra o tipo de piso médio de quantização uniforme.
o Mid-Risetipo é assim chamado porque a origem está no meio de uma parte elevada do gráfico em forma de escada. Os níveis de quantização neste tipo são pares.
o Mid-treadtipo é assim chamado porque a origem está no meio de um degrau do gráfico em forma de escada. Os níveis de quantização neste tipo são ímpares.
Ambos os tipos de quantizadores uniformes de ascensão média e piso médio são simétricos em relação à origem.
Erro de Quantização
Para qualquer sistema, durante seu funcionamento, há sempre uma diferença nos valores de sua entrada e saída. O processamento do sistema resulta em um erro, que é a diferença desses valores.
A diferença entre um valor de entrada e seu valor quantizado é chamada de Quantization Error. UMAQuantizeré uma função logarítmica que realiza a quantização (arredondando o valor). Um conversor analógico-digital (ADC) funciona como um quantizador.
A figura a seguir ilustra um exemplo de erro de quantização, indicando a diferença entre o sinal original e o sinal quantizado.
Ruído de quantização
É um tipo de erro de quantização, que geralmente ocorre no sinal de áudio analógico, durante a quantização para digital. Por exemplo, na música, os sinais mudam continuamente, onde uma regularidade não é encontrada nos erros. Esses erros criam um ruído de banda larga denominado comoQuantization Noise.
Companding em PCM
A palavra Compandingé uma combinação de compressão e expansão, o que significa que faz as duas coisas. Esta é uma técnica não linear usada no PCM que comprime os dados no transmissor e expande os mesmos dados no receptor. Os efeitos de ruído e diafonia são reduzidos com o uso dessa técnica.
Existem dois tipos de técnicas de Companding. Eles são -
Técnica de Companding A-law
A quantização uniforme é alcançada em A = 1, onde a curva característica é linear e nenhuma compressão é feita.
A-law tem mid-rise na origem. Portanto, ele contém um valor diferente de zero.
O compressão / expansão A-law é usado para sistemas de telefonia PCM.
Técnica de Companding µ-law
A quantização uniforme é alcançada em µ = 0, onde a curva característica é linear e nenhuma compressão é feita.
µ-law possui o meio do piso na origem. Portanto, ele contém um valor zero.
O compressão / expansão µ-law é usado para sinais de voz e música.
µ-law é usado na América do Norte e no Japão.