Оцифровка аналоговых сигналов включает округление значений, которые приблизительно равны аналоговым значениям. Метод выборки выбирает несколько точек на аналоговом сигнале, а затем эти точки объединяются, чтобы округлить значение до почти стабилизированного значения. Такой процесс называется квантованием .
Квантование аналогового сигнала
Аналого-цифровые преобразователи выполняют функцию этого типа для создания серии цифровых значений из данного аналогового сигнала. На следующем рисунке представлен аналоговый сигнал. Этот сигнал, чтобы быть преобразованным в цифровой, должен пройти выборку и квантование.
Квантование аналогового сигнала выполняется путем дискретизации сигнала с несколькими уровнями квантования. Квантование представляет выборочные значения амплитуды с помощью конечного набора уровней, что означает преобразование выборки с непрерывной амплитудой в сигнал с дискретным временем.
На следующем рисунке показано, как аналоговый сигнал квантуется. Синяя линия представляет аналоговый сигнал, а коричневая представляет квантованный сигнал.
Как выборка, так и квантование приводят к потере информации. Качество выходного сигнала квантователя зависит от количества используемых уровней квантования. Дискретные амплитуды квантованного выхода называются уровнями представления или уровнями восстановления . Интервал между двумя соседними уровнями представления называется квантовым или ступенчатым размером .
На следующем рисунке показан результирующий квантованный сигнал, который является цифровой формой для данного аналогового сигнала.
Это также называется волновой формой лестничной клетки, в соответствии с ее формой.
Типы квантования
Существует два типа квантования — равномерное квантование и неоднородное квантование.
Тип квантования, при котором уровни квантования расположены равномерно, называется равномерным квантованием . Тип квантования, при котором уровни квантования являются неравными, и главным образом соотношение между ними является логарифмическим, называется неравномерным квантованием .
Существует два типа равномерного квантования. Это тип Mid-Rise и тип Mid-Tread. На следующих рисунках представлены два типа равномерного квантования.
На рисунке 1 показан тип среднего роста, а на рисунке 2 — тип среднего протектора с равномерным квантованием.
-
Тип Mid-Rise назван так потому, что начало координат лежит в середине поднимающейся части лестничной клетки, такой как граф. Уровни квантования в этом типе чётные.
-
Тип середины ступени называется так, потому что источник лежит в середине ступени лестничной клетки, как граф. Уровни квантования в этом типе нечетные по количеству.
-
Как средние, так и средние протекторные типы однородных квантователей симметричны относительно происхождения.
Тип Mid-Rise назван так потому, что начало координат лежит в середине поднимающейся части лестничной клетки, такой как граф. Уровни квантования в этом типе чётные.
Тип середины ступени называется так, потому что источник лежит в середине ступени лестничной клетки, как граф. Уровни квантования в этом типе нечетные по количеству.
Как средние, так и средние протекторные типы однородных квантователей симметричны относительно происхождения.
Ошибка квантования
Для любой системы при ее функционировании всегда существует разница в значениях ее входа и выхода. Обработка системы приводит к ошибке, которая является разницей этих значений.
Разница между входным значением и его квантованным значением называется ошибкой квантования . Квантизатор — это логарифмическая функция, которая выполняет квантование (округление значения). Аналого-цифровой преобразователь ( АЦП ) работает как квантователь.
На следующем рисунке показан пример ошибки квантования, показывающий разницу между исходным сигналом и квантованным сигналом.
Шум квантования
Это тип ошибки квантования, который обычно возникает в аналоговом звуковом сигнале при квантовании его в цифровой. Например, в музыке сигналы постоянно меняются, где закономерность не обнаруживается в ошибках. Такие ошибки создают широкополосный шум, называемый шумом квантования .
Компандирование в PCM
Слово Companding — это комбинация Compressing и Expanding, что означает, что оно делает и то, и другое. Это нелинейный метод, используемый в PCM, который сжимает данные в передатчике и расширяет те же данные в приемнике. Эффекты шума и перекрестных помех уменьшаются при использовании этой техники.
Существует два типа техники компандирования. Они —
Техника компандирования по закону
-
Равномерное квантование достигается при A = 1 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие не выполняется.
-
А-закон имеет средний рост в начале координат. Следовательно, он содержит ненулевое значение.
-
Компандирование по закону используется для телефонных систем PCM.
Равномерное квантование достигается при A = 1 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие не выполняется.
А-закон имеет средний рост в начале координат. Следовательно, он содержит ненулевое значение.
Компандирование по закону используется для телефонных систем PCM.
Техника Компандирования µ-закона
-
Равномерное квантование достигается при µ = 0 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие не выполняется.
-
µ-закон имеет середину протектора в начале координат. Следовательно, он содержит нулевое значение.
-
µ-закон компандирования используется для речевых и музыкальных сигналов.
Равномерное квантование достигается при µ = 0 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие не выполняется.
µ-закон имеет середину протектора в начале координат. Следовательно, он содержит нулевое значение.
µ-закон компандирования используется для речевых и музыкальных сигналов.
µ-закон используется в Северной Америке и Японии.