Квантування сигналів за рівнем
Квантування(англ. quantization) - в інформатиці розбиття діапазону значень безперервної чи дискретної величини на кінцеве число інтервалів. Існує також векторне квантування - розбиття простору можливих значень векторної величини кінцеве число областей. Квантування часто використовується для обробки сигналів, у тому числі при стисненні звуку та зображень. Найпростішим видом квантування
є розподіл цілого чисельного значення на натуральне число, зване коефіцієнтом квантування.
Малюнок 1 - Квантований сигнал
Однорідне (лінійне) квантування- розбиття діапазону значень на відрізки рівної довжини. Його можна представляти як розподіл вихідного значення на постійну величину (крок квантування) та взяття цілої частини від приватного:
.
Не слід плутати квантування з дискретизацією (і відповідно крок квантування з частотою дискретизації). При дискретизації величина (сигнал), що змінюється в часі, заміряється із заданою частотою (частотою дискретизації), таким чином, дискретизація розбиває сигнал за тимчасовою складовою (на графіку - по горизонталі). Квантування наводить сигнал до заданих значень, тобто, розбиває за рівнем сигналу (на графіці - по вертикалі).
Сигнал, до якого застосовано дискретизацію та квантування, називається цифровим.
Рисунок 3 - Цифровий сигнал
При оцифровці сигналу рівень квантування називають також глибиною дискретизації чи бітністю. Глибина дискретизації вимірюється в бітах і означає кількість біт, що виражають амплітуду сигналу. Чим більша глибина дискретизації, тим точніше цифровий сигнал відповідає аналоговому. У разі однорідного квантування глибину дискретизаціїназивають також динамічним діапазоном і вимірюють у децибелах (1 біт ≈ 6 дБ).
Квантування за рівнем - уявлення величини відліків цифровими сигналами. Для квантування у двійковому коді діапазон напруги сигналу від Umin до Umax ділиться на 2n інтервалів. Величина інтервалу (кроку квантування), що вийшов:
Кожному інтервалу надається n-розрядний двійковий код - номер інтервалу, записаний двійковим числом. Кожному відліку сигналу надається код того інтервалу, який потрапляє значення напруги цього відліку. Таким чином, аналоговий сигнал представляється послідовністю двійкових чисел, що відповідають величині сигналу певні моменти часу, тобто цифровим сигналом. При цьому кожне двійкове число є послідовністю імпульсів високого (1) і низького (0) рівня.