การสื่อสารดิจิทัล - Quantization
การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลเกี่ยวข้องกับการปัดเศษของค่าซึ่งมีค่าเท่ากับค่าอนาล็อกโดยประมาณ วิธีการสุ่มตัวอย่างจะเลือกจุดสองสามจุดบนสัญญาณแอนะล็อกจากนั้นจุดเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อปัดเศษค่าออกเป็นค่าที่ใกล้เสถียร กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าQuantization.
การหาปริมาณสัญญาณอนาล็อก
ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลทำหน้าที่ประเภทนี้เพื่อสร้างชุดของค่าดิจิทัลจากสัญญาณอนาล็อกที่กำหนด รูปต่อไปนี้แสดงถึงสัญญาณแอนะล็อก สัญญาณนี้จะถูกแปลงเป็นดิจิทัลต้องผ่านการสุ่มตัวอย่างและการหาปริมาณ
การหาปริมาณของสัญญาณแอนะล็อกทำได้โดยการแยกแยะสัญญาณด้วยระดับการหาปริมาณ Quantization กำลังแสดงค่าตัวอย่างของแอมพลิจูดด้วยชุดระดับที่ จำกัด ซึ่งหมายถึงการแปลงตัวอย่างแอมพลิจูดต่อเนื่องเป็นสัญญาณเวลาไม่ต่อเนื่อง
รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าสัญญาณอนาล็อกได้รับการวัดปริมาณอย่างไร เส้นสีน้ำเงินแสดงถึงสัญญาณแอนะล็อกในขณะที่เส้นสีน้ำตาลแสดงถึงสัญญาณเชิงปริมาณ
ทั้งการสุ่มตัวอย่างและการหาปริมาณทำให้ข้อมูลสูญหาย คุณภาพของเอาต์พุต Quantizer ขึ้นอยู่กับจำนวนระดับการหาปริมาณที่ใช้ แอมพลิจูดที่ไม่ต่อเนื่องของเอาต์พุตเชิงปริมาณเรียกว่าเป็นrepresentation levels หรือ reconstruction levels. ระยะห่างระหว่างระดับการแสดงที่อยู่ติดกันทั้งสองเรียกว่า aquantum หรือ step-size.
รูปต่อไปนี้แสดงสัญญาณเชิงปริมาณที่เป็นผลลัพธ์ซึ่งเป็นรูปแบบดิจิทัลสำหรับสัญญาณแอนะล็อกที่กำหนด
นี้เรียกอีกอย่างว่า Stair-case รูปคลื่นตามรูปร่าง
ประเภทของ Quantization
Quantization มีสองประเภทคือ - Quantization และ Non-uniform Quantization
ประเภทของการหาปริมาณที่ระดับควอนไทเซชันมีระยะห่างสม่ำเสมอเรียกว่า a Uniform Quantization. ประเภทของการหาปริมาณที่ระดับการหาปริมาณไม่เท่ากันและส่วนใหญ่ความสัมพันธ์ระหว่างกันเป็นลอการิทึมเรียกว่า aNon-uniform Quantization.
การหาปริมาณสม่ำเสมอมีสองประเภท เป็นประเภท Mid-Rise และ Mid-Tread ตัวเลขต่อไปนี้แสดงถึงการหาปริมาณสม่ำเสมอสองประเภท
รูปที่ 1 แสดงประเภทของดอกยางระดับกลางและรูปที่ 2 แสดงประเภทดอกยางกลางของการหาปริมาณที่สม่ำเสมอ
Mid-Riseชนิดถูกเรียกเช่นนี้เนื่องจากจุดเริ่มต้นอยู่ตรงกลางของส่วนที่เพิ่มขึ้นของกราฟกรณีบันได ระดับการหาปริมาณในประเภทนี้เป็นตัวเลข
Mid-treadชนิดถูกเรียกเช่นนี้เนื่องจากต้นกำเนิดอยู่ตรงกลางดอกยางของกราฟกรณีบันได ระดับการหาปริมาณในประเภทนี้เป็นจำนวนคี่
ควอนไทเซอร์เครื่องแบบทั้งแบบกลางขึ้นและกลางมีความสมมาตรกันเกี่ยวกับจุดกำเนิด
Quantization Error
สำหรับระบบใด ๆ ในระหว่างการทำงานค่าของอินพุตและเอาต์พุตจะมีความแตกต่างกันเสมอ การประมวลผลของระบบส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดซึ่งความแตกต่างของค่าเหล่านั้น
ความแตกต่างระหว่างค่าอินพุตและค่าเชิงปริมาณเรียกว่า a Quantization Error. กQuantizerเป็นฟังก์ชันลอการิทึมที่ดำเนินการ Quantization (ปัดเศษค่า) ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) ทำงานเป็นเครื่องวัดปริมาณ
รูปต่อไปนี้แสดงตัวอย่างสำหรับข้อผิดพลาดในการหาปริมาณซึ่งระบุความแตกต่างระหว่างสัญญาณดั้งเดิมและสัญญาณเชิงปริมาณ
Quantization Noise
เป็นข้อผิดพลาดเชิงปริมาณประเภทหนึ่งซึ่งมักเกิดขึ้นในสัญญาณเสียงอะนาล็อกในขณะที่วัดปริมาณเป็นดิจิทัล ตัวอย่างเช่นในเพลงสัญญาณจะเปลี่ยนไปเรื่อย ๆ โดยที่ความสม่ำเสมอไม่พบข้อผิดพลาด ข้อผิดพลาดดังกล่าวทำให้เกิดสัญญาณรบกวนแบบไวด์แบนด์ที่เรียกว่าQuantization Noise.
การทำงานร่วมกันใน PCM
คำ Compandingเป็นการรวมกันของการบีบอัดและการขยายซึ่งหมายความว่าทั้งสองอย่างนั้น นี่คือเทคนิคที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่ใช้ใน PCM ซึ่งบีบอัดข้อมูลที่เครื่องส่งและขยายข้อมูลเดียวกันที่เครื่องรับ ผลกระทบของเสียงรบกวนและ crosstalk จะลดลงโดยใช้เทคนิคนี้
เทคนิค Companding มีสองประเภท พวกเขาคือ -
เทคนิคการปฏิบัติตามกฎหมาย
การหาปริมาณสม่ำเสมอทำได้ที่ A = 1โดยที่เส้นโค้งลักษณะเป็นเส้นตรงและไม่มีการบีบอัด
A-law มีขึ้นกลางที่จุดกำเนิด ดังนั้นจึงมีค่าที่ไม่ใช่ศูนย์
A-law companding ใช้สำหรับระบบโทรศัพท์ PCM
เทคนิคการปฏิบัติตามกฎหมาย
การหาปริมาณสม่ำเสมอทำได้ที่ µ = 0โดยที่เส้นโค้งลักษณะเป็นเส้นตรงและไม่มีการบีบอัด
µ-law มีดอกยางกลางที่จุดกำเนิด ดังนั้นจึงมีค่าเป็นศูนย์
comp-law companding ใช้สำหรับสัญญาณเสียงพูดและเพลง
-law ใช้ในอเมริกาเหนือและญี่ปุ่น