Giao tiếp kỹ thuật số - Lượng tử hóa
Việc số hóa tín hiệu tương tự bao gồm việc làm tròn các giá trị xấp xỉ bằng các giá trị tương tự. Phương pháp lấy mẫu chọn một vài điểm trên tín hiệu tương tự và sau đó các điểm này được nối với nhau để làm tròn giá trị thành giá trị gần ổn định. Quá trình như vậy được gọi làQuantization.
Định lượng tín hiệu tương tự
Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số thực hiện loại chức năng này để tạo ra một loạt các giá trị kỹ thuật số từ tín hiệu tương tự đã cho. Hình sau đại diện cho một tín hiệu tương tự. Tín hiệu này để được chuyển đổi thành kỹ thuật số, phải trải qua quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa.
Việc lượng tử hóa tín hiệu tương tự được thực hiện bằng cách tùy biến tín hiệu với một số mức lượng tử hóa. Quantization là đại diện cho các giá trị lấy mẫu của biên độ bằng một tập hợp các mức hữu hạn, có nghĩa là chuyển đổi một mẫu biên độ liên tục thành tín hiệu thời gian rời rạc.
Hình sau đây cho thấy cách một tín hiệu tương tự được lượng tử hóa. Đường màu xanh lam đại diện cho tín hiệu tương tự trong khi đường màu nâu biểu thị tín hiệu lượng tử hóa.
Cả việc lấy mẫu và lượng tử hóa đều dẫn đến việc mất thông tin. Chất lượng của đầu ra Quantizer phụ thuộc vào số lượng mức lượng tử hóa được sử dụng. Các biên độ rời rạc của đầu ra lượng tử hóa được gọi làrepresentation levels hoặc là reconstruction levels. Khoảng cách giữa hai mức biểu diễn liền kề được gọi làquantum hoặc là step-size.
Hình dưới đây cho thấy tín hiệu lượng tử hóa kết quả là dạng kỹ thuật số của tín hiệu tương tự đã cho.
Điều này còn được gọi là Stair-case dạng sóng, phù hợp với hình dạng của nó.
Các loại lượng tử hóa
Có hai loại Lượng tử hóa - Lượng tử hóa đồng nhất và Lượng tử hóa không đồng nhất.
Loại lượng tử hóa trong đó các mức lượng tử hóa cách đều nhau được gọi là Uniform Quantization. Loại lượng tử hóa trong đó các mức lượng tử hóa không bằng nhau và chủ yếu mối quan hệ giữa chúng là logarit, được gọi làNon-uniform Quantization.
Có hai loại lượng tử hóa đồng nhất. Chúng là loại Mid-Rise và loại Mid-Tread. Các hình sau đại diện cho hai loại lượng tử hóa đồng nhất.
Hình 1 cho thấy loại giữa tầng và hình 2 cho thấy loại lượng tử hóa đồng nhất ở giữa.
Các Mid-Riseloại này được gọi như vậy bởi vì điểm gốc nằm ở giữa phần nâng lên của biểu đồ dạng cầu thang. Các mức lượng tử hóa trong loại này là số chẵn.
Các Mid-treadloại này được gọi như vậy bởi vì điểm gốc nằm ở giữa một đường của biểu đồ giống trường hợp cầu thang. Các mức lượng tử hóa trong kiểu này là số lẻ.
Cả loại bộ định lượng tử đồng nhất giữa tầng và giữa đều đối xứng về điểm gốc.
Lỗi lượng tử hóa
Đối với bất kỳ hệ thống nào, trong quá trình hoạt động của nó, luôn có sự khác biệt về các giá trị đầu vào và đầu ra của nó. Quá trình xử lý của hệ thống dẫn đến lỗi, đó là sự khác biệt của các giá trị đó.
Sự khác biệt giữa giá trị đầu vào và giá trị lượng tử của nó được gọi là Quantization Error. AQuantizerlà một hàm logarit thực hiện Lượng tử hóa (làm tròn giá trị). Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) hoạt động như một bộ định lượng.
Hình dưới đây minh họa một ví dụ cho lỗi lượng tử hóa, chỉ ra sự khác biệt giữa tín hiệu gốc và tín hiệu lượng tử hóa.
Tiếng ồn lượng tử hóa
Đó là một loại lỗi lượng tử hóa, thường xảy ra trong tín hiệu âm thanh tương tự, trong khi lượng tử hóa nó thành kỹ thuật số. Ví dụ, trong âm nhạc, các tín hiệu thay đổi liên tục, trong đó sai số không được tìm thấy. Các lỗi như vậy tạo ra nhiễu băng rộng được gọi làQuantization Noise.
Biên soạn trong PCM
Từ Compandinglà sự kết hợp của Nén và Mở rộng, có nghĩa là nó thực hiện cả hai. Đây là một kỹ thuật phi tuyến tính được sử dụng trong PCM, nén dữ liệu tại máy phát và mở rộng dữ liệu tương tự tại máy thu. Hiệu ứng của nhiễu và nhiễu xuyên âm được giảm bớt bằng cách sử dụng kỹ thuật này.
Có hai loại kỹ thuật kết hợp. Họ là -
Kỹ thuật so sánh A-luật
Lượng tử hóa đồng nhất đạt được tại A = 1, trong đó đường đặc tính là tuyến tính và không thực hiện nén.
Luật A có giữa tăng tại gốc. Do đó, nó chứa một giá trị khác 0.
Soạn luật A được sử dụng cho hệ thống điện thoại PCM.
Kỹ thuật kết hợp luật µ
Lượng tử hóa đồng nhất đạt được tại µ = 0, trong đó đường đặc tính là tuyến tính và không thực hiện nén.
luật µ có vân giữa tại gốc. Do đó, nó chứa giá trị bằng không.
Định luật µ được sử dụng cho tín hiệu giọng nói và âm nhạc.
Luật µ được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản.