Admin (英语:Quantization)
1.定义
所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
2.量化的分类
2.1 均匀量化和非均匀量化
按照量化级的划分方式分,有均匀量化和非均匀量化。
均匀量化:ADC输入动态范围被均匀地划分为2^n份。
非均匀量化:ADC输入动态范围的划分不均匀,一般用类似指数的曲线进行量化。
非均匀量化是针对均匀量化提出的,因为一般的语音信号中,绝大部分是小幅度的信号,且人耳听觉遵循指数规律。为了保证关心的信号能够被更精确的还原,我们应该将更多的bit用于表示小信号。
常见的非均匀量化有A律和μ率等,它们的区别在于量化曲线不同。
2.2 标量量化和矢量量化
按照量化的维数分,量化分为标量量化和矢量量化。标量量化是一维的量化,一个幅度对应一个量化结果。而矢量量化是二维甚至多维的量化,两个或两个以上的幅度决定一个量化结果。
以二维情况为例,两个幅度决定了平面上的一点。而这个平面事先按照概率已经划分为N个小区域,每个区域对应着一个输出结果(码书,codebook)。由输入确定的那一点落在了哪个区域内,矢量量化器就会输出那个区域对应的码字(codeword)。矢量量化的好处是引入了多个决定输出的因素,并且使用了概率的方法,一般会比标量量化效率更高。
3. 模数转换器(ADC)与数字电路中的量化
数字电路中,采样和量化过程由A/D转换器完成。A/D转换器(ADC)一般为标量均匀量化。量化的过程就是把采集到的数值(称为采样值或样值,英语sample)送到量化器编码成数字形式(一般为二进制)。每个样值代表一次采样所获得的信号的瞬时幅度。
3.1 量化级
量化器设计时将标称幅度划分为若干份,称为量化级,一般为2的整数次幂。把落入同一级的样本值归为一类,并给定一个量化值。量化级数越多,量化误差就越小,质量就越好。例如8位的ADC可以将标称输入电压范围内的模拟电压信号转换为8位的数字信号。
3.2 量化误差
量化过程存在量化误差,在还原信号的D/A转换后,这种误差作为噪声再生,称为量化噪声。增加量化位数能够把噪声降低到无法察觉的程度,但随着信号幅度的降低,量化噪声与信号之间的相关性变得更加明显。
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