Quantisierungstiefe

Quantisierungstiefe bezeichnet in der digitalen Signalverarbeitung die Anzahl der Bits, die verwendet werden, um jeden Abtastwert eines analogen Signals bei der Quantisierung darzustellen. Sie bestimmt die Auflösung der Quantisierung und damit die Feinheit der möglichen Werte. Man spricht auch von Bit-Tiefe oder Quantisierungsauflösung.

Durch eine größere Quantisierungstiefe sinkt der wahrgenommene Quantisierungsfehler und der Dynamikbereich des Systems steigt. Für eine grobe Orientierung gilt: Die Schrittweite Δ des Quantisierers ist proportional zu VFS/2^N, wobei N die Bit-Tiefe ist. Der so entstehende Quantisierungsrausch besteht im Mittel aus gleichverteilter Rauschleistung. Die SNR bei einer Vollaussteuerung liegt annähernd bei SNR ≈ 6,02·N + 1,76 dB. In der Praxis treten Abweichungen durch Dither, Nichtlinearität oder Überabtastung auf.

In der Anwendung ist die Quantisierungstiefe besonders in Audio und Bildverarbeitung relevant. In der Audioproduktion sind 16 Bit (CD-Qualität) üblich, 24 Bit (Studioqualität) bevorzugt, um große Dynamik zu bewahren. In der digitalen Bild- und Videotechnik bestimmt die Farbtiefe pro Kanal (z. B. 8-, 10- oder 12-Bit) die Farbauflösung und Banding-Vermeidung.

Bei der Wahl der Quantisierungstiefe müssen Speicherbedarf, Rechenleistung, gewünschter Dynamikbereich und Nachbearbeitungsmöglichkeiten berücksichtigt werden. Dithering wird oft eingesetzt, um die Quantisierungsartefakte zu verteilen. Insgesamt ist die Quantisierungstiefe ein zentraler Parameter, der Auflösung, Dynamik und Ressourcenbedarf eines digitalen Systems bestimmt.