Kvantointi

Kvantointi on prosessi, jossa jatkuva arvo muunnetaan käytettävissä olevaan, diskreettiin arvojoukkoon. Se on keskeinen käsite sekä signaalin tallennuksessa ja käsittelyssä että fysiikassa. Kvantoinnissa syntyy virhe, kvantointivirhe tai kvantointikohina, kun jatkuva signaali korvataan rajatulla määrällä arvoja.

Kvantointi voidaan toteuttaa scalar- tai vector-mittaisena. Uniform kvantointi käyttää yhtä askelpituutta Δ, jolloin kvantointivirhe on teoreettisesti tasainen. Ei-uniform kvantointi säätää askeleen kokoa signaalin tilan mukaan; yleisiä esimerkkejä ovat μ-law ja A-law, joita käytetään ääni- ja telekommunikaatiossa.

Analogisista signaaleista digitaalisessa muodossa muuntaminen koostuu näytteiden ottamisesta ja kvantoinnista. Näytteiden bittimäärä N ja kvantointiaskeleen suuruus Δ sekä näytteenottotaajuus määrittävät järjestelmän dynaamisen alueen ja signaali-kohinasuhteen (SNR). Esimerkiksi SNR on noin 6,02N + 1,76 dB N-bittiselle kvantointiaskeleelle.

Ditheringillä eli häiriön lisäämällä ennen kvantointia voidaan vähentää kvantointiin liittyvää kuvioitumista ja kohinaa. Kvantointia käytetään laajasti kuvien ja videoiden pakkaamisessa (JPEG, MPEG) sekä äänenkoodauksessa (MP3, AAC), joissa sekä laadun tuntuma että tiedoston koko riippuvat kvantointiaskeleiden valinnasta.

Kvantointi fysiikassa viittaa suureiden diskreettiin arvojakaumaan. Energian sekä muiden ominaisuuksien, kuten pyörimis- tai spin-tilojen, arvot voivat olla diskreettejä. Esimerkiksi fotonien energia E = hν ja atomien diskreetit energiatason eigenarvot kuvastavat tätä kvanttisuutta, joka on kvanttimekaniikan perusta.