quantiseringsbrus

Quantiseringsbrus er den støj eller fejl, som opstår, når et kontinuerligt analogt signal konverteres til et digitalt signal gennem kvantisering til et begrænset antal niveauer. Hvis et signal x vælges og kvantiseres til den nærmeste kvantiseringsværdi Q(x), er kvantiseringsfejlen e = Q(x) - x. For en ensartet kvantisering med trin Δ bliver e ofte antaget at være uniformt fordelt i intervallet [-Δ/2, Δ/2], og egner sig som en tilnærmelse, der er uafhængig af input under visse betingelser. Varianzen af e er Δ^2/12.

Kvantiseringsstøjen påvirker signalets kvalitet og måles ofte som signal-til-kvantiseringsstøjforhold (SNR). For en ideel N-bit ADC uden overload giver SNR omtrent 6,02N + 1,76 dB for et fuldt skala sinussignal. Jo højere antal bit, desto lavere quantiseringsstøj relativt til signalet. Støjen har typisk en bredbåndet karakter, men kan blive mere terningformet eller afhængig af inputets spektrum og kvantiseringsstrukturen.

Metoder til at afkøle eller begrænse quantiseringsstøj inkluderer dithering (tilførsel af lav-niveau støj for at aflede og awhiten støjen), oversampling og efterfølgende filtrering, samt brug af ikke-uniforme kvantiseringsschemata såsom mu-law eller A-law i lydapplikationer. Non-lineære eller perceptuelt motiverede kvantiseringsstrategier anvendes også i visse kommunikations- og lydsystemer for at optimere den menneskelige opfattelse af støj.

Anvendelsesområder omfatter alle digitale omformere, herunder ADC’er og DAC’er, lyd- og videoudstyr, måleapparater og sensorik, hvor præcisionen i kvantiseringsprocessen er afgørende for datakvaliteten. Quantiseringsstøj er således en grundlæggende begrænsning i digital konvertering.