Kvantisering ( engelsk kvantisering ) - vid signalbehandling - dela upp intervallet av referensvärden för signalen i ett ändligt antal nivåer och avrunda dessa värden till en av de två nivåerna närmast dem [1] . I detta fall kan signalvärdet avrundas antingen till närmaste nivå, eller till den mindre eller större av de närmaste nivåerna, beroende på kodningsmetoden [2] . Sådan kvantisering kallas skalär. Det finns också vektorkvantisering - att dela upp utrymmet för möjliga värden för en vektorkvantitet i ett ändligt antal regioner och ersätta dessa värden med en identifierare för en av dessa regioner [3] .
Kvantisering bör inte förväxlas med sampling (och, i förlängningen, kvantiseringssteg med samplingshastighet ). Vid sampling mäts en tidsvarierande kvantitet (signal) vid en given frekvens (samplingsfrekvens), så samplingen delar upp signalen i tidskomponenter (horisontellt på grafen). Kvantisering, å andra sidan, för signalen till de givna värdena, det vill säga den avrundar signalen till de nivåer som ligger närmast den (vertikalt på grafen). I ADC kan avrundning göras till nästa lägre nivå. En signal som har samplas och kvantiserats kallas en digital signal .
Kvantisering används ofta i signalbehandling , inklusive ljud- och bildkomprimering.
När en signal digitaliseras kallas antalet bitar som kodar en kvantiseringsnivå för kvantiseringsdjup eller bitdjup . Ju större kvantiseringsdjup och ju högre samplingshastighet, desto bättre matchar den digitala signalen den analoga signalen. Vid enhetlig kvantisering bestämmer kvantiseringsdjupet det dynamiska området , mätt i decibel (1 bit per 6 dB) [4] .
Enhetlig (homogen) kvantisering - uppdelning av intervallet av signalsampelvärden i segment av lika längd och ersätter dessa värden med närmaste kvantiseringsnivå . I det här fallet är två kvantiseringsalternativ möjliga [5] :
1. Om signalvärdena är i intervallet , var är kvantiseringssteget, så avrundas de uppåt till nivån (midris är kvantiseringskarakteristiken med noll på gränsen till kvantiseringssteget):
2. Om signalvärdena är i intervallet , avrundas de nedåt till nollnivån (midtread är kvantiseringskarakteristiken med noll i mitten av kvantiseringssteget):
,där är avrundning till närmaste mindre heltal .
Efter sampling och kvantisering erhålls en digital signal . Kvantiseringsnivån ersätts sedan med en uppsättning siffror. För kvantisering i binär kod delas intervallet för signaländring från minimivärdet till maximivärdet in i kvantiseringsnivåer, där kvantiseringsbitdjupet är. Värdet på det resulterande intervallet mellan nivåer (kvantiseringssteg):
Varje nivå tilldelas en -bit binär kod - nivånumret, skrivet som ett binärt tal. Varje signalprov tilldelas koden för nivån närmast den. Således, efter sampling och kvantisering, representeras den analoga signalen av en sekvens av binära tal som motsvarar signalvärdena vid vissa tidpunkter, det vill säga en binär signal. I detta fall representeras varje binärt tal av en sekvens av hög (1) och låg (0) nivå pulser. Bitdjupet för ljudkvantisering väljs vanligtvis från 8 till 32 bitar ( jämförelse av digitala ljudformat ), men vanligtvis 16 eller 24 bitar [6] .
Olikformig kvantisering är kvantisering där intervallet av signalvärden är uppdelat i segment med ojämn längd. Det används för att förbättra kvantiseringsnoggrannheten i de fall då fördelningen av signalvärden är ojämn, till exempel vid kvantisering av ljud. I det här fallet bör kvantiseringsnivåerna placeras oftare i de områden där signalvärdena är mer sannolika. Vid kvantisering av talsignaler används ofta en kompressor, som ökar små signalvärden och minskar stora värden, och sedan enhetlig kvantisering.
_ | Kompressionsmetoder|||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Teori |
| ||||||
Förlust mindre |
| ||||||
Audio |
| ||||||
Bilder |
| ||||||
Video |
|