kvantiseringsbrus

Kvantiseringsbrus är den felaktighet som uppstår när ett kontinuerligt värde i en signal kvantiseras till ett fixerat antal nivåer i processen att konvertera analoga signaler till digitala. Skillnaden mellan det inmatade amplitudvärdet och det quantiserade utsignalen kallas kvantiseringsfel. Vid en ideal kvantiserare med kvantssteg Δ har felvärdena vanligtvis fördelats mellan −Δ/2 och +Δ/2, och karaktären av problemet kan modelleras som ett slumpmässigt brus med viss varians.

Idealiskt modellmässigt antas kvantiseringsfelet vara vitt brusk (uniformt fördelat) med variansen Δ^2/12 när ingången varierar oberoende av varandra över tiden. Antalet kvantnivåer är L = 2^N där N är bitdjupet, och Δ kopplas till den fullständiga skalan genom Δ ≈ FSR / 2^N där FSR är fullskalighetsintervallet.

Kvantiseringsbrus påverkar påver Lon och prestanda i både analoga-till-digitala och digitala-till-analoga omvandlare. SNR för en fullskaligt sinus-formad signal i en ideal N-bit-omvandlare är cirka 6.02N + 1.76 dB. Genom översampling och brusformning (t.ex. sigma-delta-modulatorer) kan kvantiseringsbruset flyttas ut ur bandet och i-bandets SNR förbättras. Dithering, tillförsel av små slumpmässiga störningar innan kvantisering, kan också göras för att linearisera felet och minska perceptuella artefakter.

Användningar finns inom ljud- och bildbehandling, kommunikation och instrumentering. Kvantiseringsbrus är avgörande för att bedöma och designa systemets upplösning, energisparande och kostnad, eftersom högre bitdjup och bättre kvantiseringsstrategier minskar detta brus men kräver mer resursutrymme.