Введение в цифровую графику
Квантование аналогового сигнала
Для сравнения
значений, которые были усреднены (интегрированы) в пределах каждого дискретного
интервала, необходимо ввести еще одну координату, расположенную перпендикулярно
рассмотренной ранее, условно названной координатой "времени". С помощью
новой координаты можно определить уровни усредненного сигнала в соответствии
с заранее установленной шкалой.
По форме этот
процесс в определенной степени напоминает дискретизацию, поскольку шкала также
состоит из дискретных отсчетов и значения присваиваются не непрерывно, а с интервалом,
т. е. дискретно. Действительно, можно сказать, что это — вторая дискретизация, которая тем не менее получила особое название "квантование".
Справка
Термин "квантование" происходит от латинского слова "quantum", что означает "сколько". Процедура оценки, или оценивания, т. е. получение ответа на вопрос "сколько" — это и есть процедура квантования.
Исходя из этой
этимологии, вертикальная шкала называется шкалой квантования, а дискретные отсчеты
на этой шкале — уровнями квантования. Это значит, что уровни квантования делят
диапазон возможного изменения значений сигнала на конечное число интервалов.
В общем случае шкалы могут быть как равномерными, так и неравномерными.
Процедура квантования
необходима для привязки усредненных сигналов в дискретных интервалах к определенному
набору значений со ступенчатым изменением (квантование сигнала по уровню).
Фактически же
этот процесс означает оценку усредненного сигнала по заранее заданной шкале,
предположим для простоты, с восемью равномерными уровнями: 0, 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7 (рис. 6.6).
Определение
Квантование — это процедура замены величины усредненного дискретного отсчета ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования.
Можно с сожалением
признать, что квантование - это очередное "округление" величины усредненного
отсчета: выбирается ближайшее значение по принципу округления (например, 11
округляется до 10, а 17 - до
20). Такое округление, разумеется, также вносит дополнительные искажения сигнала.
Рис.
6.6. Шкала квантования с восемью уровнями от 0 до 7
Замечание
Искажения сигнала, происходящие в процессе квантования, называются шумом квантования. Принципиально важно, что это искажение не может быть в дальнейшем устранено, т. к. шум квантования коррелирован с сигналом. В общем случае это искажение уменьшается при увеличении количества уровней квантования.
В результате процедуры
квантования получают дискретные значения, привязанные к уровням квантования
(рис. 6.7).
Рис.
6.7. Аналоговый сигнал со значениями квантования
Когда каждый дискретный элемент связывается с определенным набором уровней квантования, а исходный аналоговый сигнал преобразуется в последовательность стандартизированных значений, это и есть идеальная ситуация для последующего процесса кодирования.
