Kvantiseringen

Kvantiseringen er prosessen der et kontinuerlig spekter av verdier erstattes av et begrenset sett diskrete verdier. Dette fenomenet opptrer både i naturen og i menneskeskapte måleapparater.

I kvantemekanikken er mange fysiske størrelser kvantisert. Energi i et avgrenset system har diskrete nivåer, som E_n = (n + 1/2) ħω for en harmonisk oscillator. Fotonenes energi er E = hf. Verdier som impulsmoment og spin følger kvantiseringslover, for eksempel L^2 = l(l+1) ħ^2 og S^2 = s(s+1) ħ^2. Elektrisk ladning antas å være delt i hele enheter av e, noe som gir observerte kvantiserte ladninger. Slike kvantiseringer beskriver hvorfor visse målinger gir spesifikke forhåndsbestemte verdier.

I digitalisering og måling brukes kvantisering for å oversette et kontinuerlig signal til en diskret representasjon. Analoge verdier rundt en kvantiseringsnivå tilordnes nærmeste nivå. Antall nivåer bestemmes av bitdybden (f.eks. 8, 16, 24 biter). Kvantiseringsfeil eller kvantiseringsstøy oppstår som forskjellen mellom det opprinnelige og kvantisert verdi. Dithering kan brukes for å redusere oppfattelsen av støy. I praksis kreves en balanse mellom nøyaktighet og datamengde.

Historisk ble kvantisering konseptualisert gjennom Plancks hypoteser om svartstråling rundt 1900 og senere utviklet i kvantemekanikken. Begrepet har bred anvendelse, fra grunnforskning i fysikk til ingeniørfag som telekommunikasjon, bilde- og lydbehandling og metrologi.