Communication numérique - Quantification

La numérisation des signaux analogiques implique l'arrondissement des valeurs qui sont approximativement égales aux valeurs analogiques. La méthode d'échantillonnage choisit quelques points sur le signal analogique, puis ces points sont joints pour arrondir la valeur à une valeur presque stabilisée. Un tel processus est appelé commeQuantization.

Quantification d'un signal analogique

Les convertisseurs analogique-numérique exécutent ce type de fonction pour créer une série de valeurs numériques à partir du signal analogique donné. La figure suivante représente un signal analogique. Ce signal pour être converti en numérique, doit subir un échantillonnage et une quantification.

La quantification d'un signal analogique se fait en discrétisant le signal avec un certain nombre de niveaux de quantification. Quantization représente les valeurs échantillonnées de l'amplitude par un ensemble fini de niveaux, ce qui signifie la conversion d'un échantillon d'amplitude continue en un signal à temps discret.

La figure suivante montre comment un signal analogique est quantifié. La ligne bleue représente le signal analogique tandis que la brune représente le signal quantifié.

L'échantillonnage et la quantification entraînent une perte d'informations. La qualité de la sortie d'un quantificateur dépend du nombre de niveaux de quantification utilisés. Les amplitudes discrètes de la sortie quantifiée sont appelées commerepresentation levels ou reconstruction levels. L'espacement entre les deux niveaux de représentation adjacents est appelé unquantum ou step-size.

La figure suivante montre le signal quantifié résultant qui est la forme numérique du signal analogique donné.

Ceci est également appelé comme Stair-case forme d'onde, en fonction de sa forme.

Types de quantification

Il existe deux types de quantification: la quantification uniforme et la quantification non uniforme.

Le type de quantification dans lequel les niveaux de quantification sont uniformément espacés est appelé Uniform Quantization. Le type de quantification dans lequel les niveaux de quantification sont inégaux et principalement la relation entre eux est logarithmique, est appeléNon-uniform Quantization.

Il existe deux types de quantification uniforme. Ils sont de type Mid-Rise et Mid-Tread. Les figures suivantes représentent les deux types de quantification uniforme.

La figure 1 montre le type à mi-hauteur et la figure 2 montre le type à mi-bande de roulement de quantification uniforme.

  • le Mid-Risele type est ainsi appelé parce que l'origine se trouve au milieu d'une partie en élévation du graphe en forme d'escalier. Les niveaux de quantification de ce type sont en nombre pair.

  • le Mid-treadle type est ainsi appelé parce que l'origine se trouve au milieu d'une bande de roulement du graphique en forme d'escalier. Les niveaux de quantification de ce type sont en nombre impair.

  • Les quantificateurs uniformes de type mi-hauteur et mi-bande de roulement sont symétriques par rapport à l'origine.

Erreur de quantification

Pour tout système, pendant son fonctionnement, il y a toujours une différence dans les valeurs de son entrée et de sa sortie. Le traitement du système entraîne une erreur, qui correspond à la différence de ces valeurs.

La différence entre une valeur d'entrée et sa valeur quantifiée est appelée Quantization Error. UNEQuantizerest une fonction logarithmique qui effectue la quantification (arrondissant la valeur). Un convertisseur analogique-numérique (ADC) fonctionne comme un quantificateur.

La figure suivante illustre un exemple d'erreur de quantification, indiquant la différence entre le signal d'origine et le signal quantifié.

Bruit de quantification

C'est un type d'erreur de quantification, qui se produit généralement dans le signal audio analogique, tout en le quantifiant en numérique. Par exemple, dans la musique, les signaux changent continuellement, là où une régularité n'est pas trouvée dans les erreurs. De telles erreurs créent un bruit à large bande appeléQuantization Noise.

Companding dans PCM

Le mot Compandingest une combinaison de compression et d'expansion, ce qui signifie qu'il fait les deux. Il s'agit d'une technique non linéaire utilisée dans le PCM qui compresse les données au niveau de l'émetteur et étend les mêmes données au récepteur. Les effets du bruit et de la diaphonie sont réduits en utilisant cette technique.

Il existe deux types de techniques de compression. Ils sont -

Technique de compression A-law

  • Une quantification uniforme est obtenue à A = 1, où la courbe caractéristique est linéaire et aucune compression n'est effectuée.

  • A-law a mi-hauteur à l'origine. Par conséquent, il contient une valeur non nulle.

  • La compression A-law est utilisée pour les systèmes téléphoniques PCM.

Technique de compression µ-law

  • Une quantification uniforme est obtenue à µ = 0, où la courbe caractéristique est linéaire et aucune compression n'est effectuée.

  • µ-law a mi-bande de roulement à l'origine. Par conséquent, il contient une valeur nulle.

  • La compression µ-law est utilisée pour les signaux vocaux et musicaux.

La loi µ est utilisée en Amérique du Nord et au Japon.