quantisointi

Quantisointi on signaalin digitaaliseen käsittelyyn liittyvä prosessi, jolla jatkuva arvo muutetaan rajoitettuun joukkoon diskreettejä arvoja. Se on olennainen osa analogi–digi-muunnosta yhdessä näytteistämisen kanssa. Quantisoinnissa jokainen jatkuva arvo korvataan lähimmällä ennalta määritellyllä tasolla, mikä aiheuttaa virhettä ja rajaa signaalin tarkkuuden.

Perusmallissa signaali jaetaan useisiin portaikkoihin ja jokainen näyte korvataan lähimmällä tasolla. Tämä on uniform quantization, jossa kaikkien tasojen välimatka on sama. Non-uniform quantization käyttää vaihtelevia askeleita: pienemmät arvot koodataan tiheämmillä tasoilla ja suuremmat arvot suuremmilla askeleilla. Esimerkkejä ovat μ-law- ja A-law -kompressio sekä logaritminen quantization.

Quantisointia voidaan tehdä skalaari- tai vektorisella tavalla. Skalaari quantisointi käsittelee jokaisen näytteen erikseen; vektori quantisointi ryhmittelee useita peräkkäisiä näytteitä ja muuntaa ne yhdessä koodisarjana, mikä voi parantaa pakkaustehoa.

Virhe ja laatu: Quantisointi tuottaa virheen e = x − Q(x). Tämä virhe riippuu askeleista ja signaalin ominaisuuksista. Teoreettisesti ideaalissa äänisignaalin quantisoinnissa suurin piirtein SQNR on likimäärin 6,02N + 1,76 dB (N on bittimäärä), kun signaali on tasaisesti jakaantunut. Käytännössä ditherin käyttö voi vähentää synkronoituja artefaktteja.

Sovellukset: Quantisointia hyödynnetään laajasti äänentoistossa, tallennuksessa, kuvaprosesseissa ja videossa sekä mittaus- ja kontrollijärjestelmissä. Valinta uniform vs non-uniform sekä skalaari vs vektori vaikuttaa dynamiikkaan, pakkaustehoon ja laatuun.