Digital-communication-quantization
デジタル通信-量子化
アナログ信号のデジタル化には、アナログ値にほぼ等しい値の丸めが含まれます。 サンプリング方法では、アナログ信号上のいくつかのポイントを選択し、これらのポイントを結合して、値をほぼ安定した値に丸めます。 このようなプロセスは*量子化*と呼ばれます。
アナログ信号の量子化
A/Dコンバータはこのタイプの機能を実行して、指定されたアナログ信号から一連のデジタル値を作成します。 次の図は、アナログ信号を表しています。 この信号をデジタルに変換するには、サンプリングと量子化を行う必要があります。
アナログ信号の量子化は、多数の量子化レベルで信号を離散化することにより行われます。 *量子化*は、振幅のサンプル値を有限レベルのレベルで表します。これは、連続振幅サンプルを離散時間信号に変換することを意味します。
次の図は、アナログ信号がどのように量子化されるかを示しています。 青い線はアナログ信号を表し、茶色の線は量子化された信号を表します。
サンプリングと量子化の両方により、情報が失われます。 クオンタイザー出力の品質は、使用される量子化レベルの数に依存します。 量子化された出力の離散振幅は、表現レベル*または*再構成レベル*と呼ばれます。 2つの隣接する表現レベルの間隔は、 *quantum または step-size と呼ばれます。
次の図は、結果の量子化信号を示しています。これは、指定されたアナログ信号のデジタル形式です。
これは、形状に応じて*階段状*波形とも呼ばれます。
量子化の種類
量子化には、均一量子化と不均一量子化の2つのタイプがあります。
量子化レベルが等間隔になっている量子化のタイプは、*均一量子化*と呼ばれます。 量子化レベルが等しくなく、それらの間の大部分の関係が対数である量子化のタイプは、*非均一量子化*と呼ばれます。
均一量子化には2つのタイプがあります。 ミッドライズタイプとミッドトレッドタイプです。 次の図は、2種類の均一な量子化を表しています。
図1はミッドライズタイプを示し、図2はミッドトレッドタイプの均一量子化を示しています。
- Mid-Rise タイプは、原点がグラフのような階段の上昇部分の中央にあるため、そう呼ばれます。 このタイプの量子化レベルは偶数です。
- Mid-tread タイプは、原点がグラフのような階段の踏面の中央にあるため、そう呼ばれます。 このタイプの量子化レベルの数は奇数です。
- ミッドライズとミッドトレッドの両方のタイプの均一量子化器は、原点に関して対称です。
量子化誤差
どのシステムでも、機能している間は、入力と出力の値に常に違いがあります。 システムの処理によりエラーが発生します。これは、これらの値の差です。
入力値とその量子化された値の差は、量子化エラー*と呼ばれます。 *Quantizer は、量子化（値を四捨五入）を実行する対数関数です。 アナログ-デジタルコンバーター（ ADC ）は量子化器として機能します。
次の図は、元の信号と量子化された信号の違いを示す量子化誤差の例を示しています。
量子化ノイズ
これは量子化エラーの一種で、通常はアナログオーディオ信号で発生しますが、デジタルに量子化されます。 たとえば、音楽では、信号が連続的に変化し続けますが、エラーでは規則性が見つかりません。 このようなエラーは、*量子化ノイズ*と呼ばれる広帯域ノイズを作成します。
PCMでの圧伸
- コンパンディング*という言葉は、圧縮と拡張の組み合わせです。つまり、両方を実行します。 これは、PCMで使用される非線形手法で、送信機でデータを圧縮し、受信機で同じデータを展開します。 この手法を使用することにより、ノイズとクロストークの影響が低減されます。
コンパンディングテクニックには2つのタイプがあります。 彼らは-
A-lawコンパンディングテクニック
- A = 1 で均一な量子化が達成されます。特性曲線は線形であり、圧縮は行われません。
- A-lawの起点は中層です。 したがって、ゼロ以外の値が含まれています。
- A-lawコンパンディングは、PCM電話システムに使用されます。
μ-lawコンパンディングテクニック
- µ = 0 で均一な量子化が達成されます。特性曲線は線形であり、圧縮は行われません。
- µ-lawは、原点にミッドトレッドがあります。 したがって、ゼロ値が含まれています。
- µ-lawコンパンディングは、音声および音楽信号に使用されます。
µ-lawは、北米と日本で使用されています。
