Comunicazione digitale - Quantizzazione
La digitalizzazione dei segnali analogici comporta l'arrotondamento dei valori che sono approssimativamente uguali ai valori analogici. Il metodo di campionamento sceglie alcuni punti sul segnale analogico e quindi questi punti vengono uniti per arrotondare il valore a un valore quasi stabilizzato. Un tale processo è chiamato comeQuantization.
Quantizzazione di un segnale analogico
I convertitori analogico-digitali svolgono questo tipo di funzione per creare una serie di valori digitali a partire dal segnale analogico dato. La figura seguente rappresenta un segnale analogico. Questo segnale per essere convertito in digitale, deve essere sottoposto a campionamento e quantizzazione.
La quantizzazione di un segnale analogico viene eseguita discretizzando il segnale con un numero di livelli di quantizzazione. Quantization rappresenta i valori campionati dell'ampiezza da un insieme finito di livelli, il che significa convertire un campione di ampiezza continua in un segnale a tempo discreto.
La figura seguente mostra come viene quantizzato un segnale analogico. La linea blu rappresenta il segnale analogico mentre quella marrone rappresenta il segnale quantizzato.
Sia il campionamento che la quantizzazione comportano la perdita di informazioni. La qualità dell'output di un quantizzatore dipende dal numero di livelli di quantizzazione utilizzati. Le ampiezze discrete dell'uscita quantizzata sono chiamate comerepresentation levels o reconstruction levels. La spaziatura tra i due livelli di rappresentazione adiacenti è detta aquantum o step-size.
La figura seguente mostra il segnale quantizzato risultante che è la forma digitale per il segnale analogico dato.
Questo è anche chiamato come Stair-case forma d'onda, in base alla sua forma.
Tipi di quantizzazione
Esistono due tipi di quantizzazione: Quantizzazione uniforme e Quantizzazione non uniforme.
Il tipo di quantizzazione in cui i livelli di quantizzazione sono distanziati in modo uniforme è definito come a Uniform Quantization. Il tipo di quantizzazione in cui i livelli di quantizzazione sono disuguali e per lo più la relazione tra loro è logaritmica, è definito come unNon-uniform Quantization.
Esistono due tipi di quantizzazione uniforme. Sono di tipo Mid-Rise e Mid-Tread. Le figure seguenti rappresentano i due tipi di quantizzazione uniforme.
La figura 1 mostra il tipo a mezza altezza e la figura 2 mostra il tipo a metà battistrada di quantizzazione uniforme.
Il Mid-Riseil tipo è così chiamato perché l'origine si trova nel mezzo di una parte rialzata del grafico a gradini. I livelli di quantizzazione in questo tipo sono pari in numero.
Il Mid-treadil tipo è così chiamato perché l'origine si trova nel mezzo di una pedata del grafico a gradini. I livelli di quantizzazione in questo tipo sono dispari in numero.
I quantizzatori uniformi di tipo medio e medio sono simmetrici rispetto all'origine.
Errore di quantizzazione
Per qualsiasi sistema, durante il suo funzionamento, c'è sempre una differenza nei valori dei suoi input e output. L'elaborazione del sistema risulta in un errore, che è la differenza di questi valori.
La differenza tra un valore di input e il suo valore quantizzato è chiamata a Quantization Error. UNQuantizerè una funzione logaritmica che esegue la quantizzazione (arrotondando il valore). Un convertitore analogico-digitale (ADC) funziona come un quantizzatore.
La figura seguente illustra un esempio di errore di quantizzazione, che indica la differenza tra il segnale originale e il segnale quantizzato.
Rumore di quantizzazione
È un tipo di errore di quantizzazione, che di solito si verifica nel segnale audio analogico, mentre lo quantizza in digitale. Ad esempio, nella musica, i segnali continuano a cambiare continuamente, dove una regolarità non si trova negli errori. Tali errori creano un rumore a banda larga chiamato comeQuantization Noise.
Companding in PCM
La parola Compandingè una combinazione di compressione ed espansione, il che significa che fa entrambe le cose. Questa è una tecnica non lineare utilizzata in PCM che comprime i dati sul trasmettitore ed espande gli stessi dati sul ricevitore. Gli effetti di rumore e diafonia vengono ridotti utilizzando questa tecnica.
Esistono due tipi di tecniche di compattazione. Sono -
Tecnica di compressione A-law
La quantizzazione uniforme si ottiene a A = 1, dove la curva caratteristica è lineare e non viene eseguita alcuna compressione.
A-law ha una vita media all'origine. Quindi, contiene un valore diverso da zero.
Il companding di legge A viene utilizzato per i sistemi telefonici PCM.
Tecnica di compressione µ-law
La quantizzazione uniforme si ottiene a µ = 0, dove la curva caratteristica è lineare e non viene eseguita alcuna compressione.
µ-law ha un battistrada medio all'origine. Quindi, contiene un valore zero.
La compressione µ-law viene utilizzata per i segnali vocali e musicali.
µ-law è utilizzato in Nord America e Giappone.