Kvantointijärjestelmien

Kvantointijärjestelmät viittaavat menetelmiin, joilla analogiset signaalit muunnetaan digitaaliseen muotoon. Tämä prosessi on keskeinen digitaalisessa signaalinkäsittelyssä, mahdollistaen analogisen tiedon, kuten äänen tai kuvan, tallentamisen, siirtämisen ja käsittelemisen tietokoneilla ja muilla digitaalisilla laitteilla.

Kvantointi on osa analogia-digitaalimuunnosta (ADC). Se tapahtuu yleensä yhdessä näytteenoton kanssa. Näytteenotto mittaa analogisen signaalin arvon tietyin aikavälein. Kvantointi puolestaan antaa jokaiselle näytteelle diskreetin arvon, joka on peräisin rajallisesta joukosta mahdollisia arvoja. Nämä mahdolliset arvot määritellään kvantointiasteikon avulla.

Kvantointivirhe on luontainen osa kvantointia. Se syntyy, kun analoginen arvo pyöristetään lähimpään käytettävissä olevaan digitaaliseen arvoon. Virheen suuruus riippuu kvantointiasteikon resoluutiosta eli bittien määrästä, jota käytetään arvon esittämiseen. Suurempi resoluutio johtaa pienempään kvantointivirheeseen ja tarkempaan digitaaliseen esitykseen, mutta vaatii enemmän tallennustilaa ja laskentatehoa.

Erilaisia kvantointitekniikoita on olemassa, kuten tasainen (uniform) ja epätasainen (non-uniform) kvantointi. Tasaisessa kvantoinnissa kvantointiaskeleen koko on vakio koko kvantointialueella. Epätasaisessa kvantoinnissa askelen koko vaihtelee signaalin dynamiikan mukaan, usein tihentämällä askelia alueilla, joilla signaali muuttuu enemmän, ja harventamalla niitä alueilla, joilla signaali on vakaampi. Epätasainen kvantointi voi parantaa signaalin ja kohinan suhdetta tietyissä sovelluksissa.