Kvantisoimisen

Kvantisoiminen eli kvantitointi on prosessi, jossa jatkuva suure tai signaali muutetaan diskreetiksi, eli rajataan arvojoukko sallittuihin arvoihin. Tämä tarkoittaa, että mitattu tai tallennettava tulos esitetään vain kiinteällä tarkkuudella ja vain tietyllä määrällä erillisiä arvoja.

Fysiikassa kvantisoituminen viittaa luonnon suureiden diskreetiyteen. Esimerkkejä ovat energia-tasot atomissa, elektronien kulmakerroin (spin) sekä fotonien energiat, joita voidaan kuvata E = hν -suhteella. Kvantisoituminen on kvanttimekaniikan perusta ja selittää ilmiöitä kuten mustan kappaleen säteily ja atomien spektrit, jotka eivät sovi klassisten, jatkuvien malleiden alle.

Teknisessä ja tietoteknisessä kontekstissa kvantisoiminen tarkoittaa analogisen signaalin muuttamista digitaaliseen muotoon. Kvantointiin valitaan kvantointiaskeleen koko Δ ja muodostetaan diskreetteja tasoja, joihin jatkuva arvo pyöristyy. Kvantointivirhe eli melu on rajoitettu arvoihin [-Δ/2, Δ/2], ja signaali häiriöineen vaikuttaa digitaaliseen tarkkuuteen. Yleinen mittari on signaalin- ja kvantointimelun suhde (SQNR), joka kasvuaan paranee lisättyjen bittien määrällä. Kvantointia voidaan toteuttaa lineaarina (uniform) tai ei-uniformina sekä käyttää ditheringia virheaktsentin hallintaan.

Kvantisointia sovelletaan laajasti: kuvien ja videoiden värisyvyyden pienentäminen (color quantization), äänen ja datan pakkaus, mittaus- ja mittausmenetelmät sekä metrologia. Se on keskeinen osa analogis–digitalisaatiota, digitaalista signaalityötä ja kvanttitason ymmärtämistä luonnossa.