Kvantointikohina

Kvantointikohina, tai kvantointivirhe, on virhe, joka syntyy, kun jatkuva signaali muutetaan digitaaliseksi ja takaisin tai kun digitaalinen signaali esitetään analogisena. Kvantointi tapahtuu ADC- (analog-todigital-muunnin) ja DAC- (digital-analog-muunnin) prosesseissa. Jos alkuperäinen arvo x muunnetaan kvantointiarvoksi Q(x), kvantointivirhe on e = x − Q(x).

Ominaisuudet ja mallinnus: Yleensä käytetään tasaisen kvantointivälin Δ avulla, joka on Δ = V_FS / 2^N, missä V_FS on koko suurin käytettävissä oleva jännitepiiri ja N on bittisyvyys. Oletetaan, että kvantointivirhe on symmetrinen ja jakautuu likimmin tasaisesti välillä [−Δ/2, Δ/2). Tällöin kohinan teho on noin P_q ≈ Δ^2 / 12. Siksi tiedonlaadun arvioinnissa usein käytetyn, kun kyse on hyödyllisestä signaalista, on SNR-arvio SNR ≈ 6.02N + 1.76 dB for täysi-asteinen siniaalto. Tämä on kuitenkin suuntaa-antava malli ja riippuu signaalin dynamiikasta sekä kohinan koteloitumisesta.

Vaikutus ja rajoitteet: Kvantointikohina rajoittaa digitaalisen muunnon dynamiikkaa ja tavallisesti määrää siten signaalin ja kohinan suhteen. Tason valinnassa huomioidaan, ettei signaali klippiudu ja että kvantointivirhe pysyy hallittuna tietyllä vastealueella. Kvantointivirhe on yleisemmin arviotettu valikoivasti valitulla signaalilla eikä aina täysin valemuodossa white noise.

Vähentäminen ja hallinta: Kohinan pienentämiseksi käytetään suurempaa bittisyvyyttä, oversamplingia, ditheringiä (piennnettyä satunnaisuutta kvantoinnin eteen), sekä kohinanmuistoa ja skaalauksen parantamista. Sähköisessä mittaus- ja äänentoistotekniikassa näitä menetelmiä sovelletaan sekä ilman että digitaalisen signaalin prosessoinnissa.

Sovellukset: Kvantointikohina on keskeinen käsite digitaalisen äänen, mittauslaitteiden ja monien verkkosovellusten muunnoksissa, joissa arvot on esitettävä diskreetteinä tasoina.