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量化

(2020-07-08 13:27:09) 百科综合
量化

量化

在数位讯号处理领域,量化指将信号的连续取值(或者大量可能的离散取值)近似为有限多个(或较少的)离散值的过程。量化主要套用于从连续信号到数位讯号的转换中。连续信号经过採样成为离散信号,离散信号经过量化即成为数位讯号。注意离散信号通常情况下并不需要经过量化的过程,但可能在值域上并不离散,还是需要经过量化的过程 。信号的採样和量化通常都是由ADC实现的。

量化定义

汉语拼音:liàng huà
英文: Quantisation / Quantization
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。经过抽样的图像,只是在空间上被离散成为像素(样本)的阵列。而每个样本灰度值还是一个由无穷多个取值的连续变化量,必须将其转化为有限个离散值,赋予不同码字才能真正成为数字图像。这种转化称为量化。
日常生活中所说的“量化”:指的是目标或任务具体明确,可以清晰度量。根据不同情况,表现为数量多少,具体的统计数字,範围衡量,时间长度等等。例如,四万亿支出,960万平方公里,八个小时,完成任务……

量化分类

无论是将样本连续灰度值等间隔分层的均匀量化,还是不等间隔分层的非均匀量化,在两个量化级(即称之为两个判决电平)之间的所有灰度值用一个量化值(称为量化器输出的量化电平)来表示。
均匀量化和非均匀量化
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输入动态範围被均匀地划分为2^n份。
非均匀量化:ADC输入动态範围的划分不均匀,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。
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机率已经划分为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,并且使用了机率的方法,一般会比标量量化效率更高。

量化相关

模数转换器(ADC)与数字电路中的量化
模拟信号数位化过程的一个步骤。即将採样的点转化为分散的值
数字电路中,採样和量化过程由A/D转换器完成。A/D转换器(ADC)一般为标量均匀量化。量化的过程就是把採集到的数值(称为採样值或样值,英语sample)送到量化器编码成数字形式(一般为二进制)。每个样值代表一次採样所获得的信号的瞬时幅度。

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範围内的模拟电压信号转换为8位的数位讯号。

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。

股市用语

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