Равномерное квантование. Неравномерное квантование

Равномерным (линейным) называется квантование, если шаг квантования (∆) остается постоянным в допустимых пределах возможных значений.

Амплитудная характеристика имеет два характерных участка: зону квантования и зону ограничения. Если входной АИМ – сигнал удовлетворяет условиям (-U₀)≤ U_вх≤ U₀, то он попадает в зону квантования. Если это условие не удовлетворяется, то сигнал попадает в зону ограничения. В результате произойдет ограничение максимального значения сигнала, и ему будет присвоено значение U_огр.

Ограничение мгновенных значений сигнала приводит к появлению шумов ограничения. Обычно уровень сигнала на входе канала ИКМ выбирается так, чтобы вероятность превышения úU_махú >úU‌₀‌ú была достаточно малой, поэтому определяющими в системах ИКМ являются шумы квантования. Средняя мощность шума квантования: Р_ш.кв.=∆²/12, где ∆- шаг квантования.

Максимальное число уровней квантования:

М =(2U_мах /∆) + 1= (2U_огр. /∆) + 1

Необходимое число уровней при равномерном квантовании М=512…2048.

Рисунок 5 - Амплитудная характеристика квантующего устройства U_вых=f(U_вх) с равномерным шагом квантования

Недостатком равномерного квантования является то, что относительная ошибка шума квантования велика для слабых сигналов и уменьшается с возрастанием уровня квантования.

ε_кв – абсолютная ошибка шума квантования;

γ_кв – относительная ошибка шума квантования.

γ_кв= ε_кв/U_кв

Устранить недостатки равномерного квантования можно используя неравномерное (нелинейное) квантование.

Неравномерным называется квантование, если шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений, возрастая с увеличением уровня сигнала.

Относительная ошибка шума квантования будет практически постоянна на всем диапазоне изменения входного сигнала.

Неравномерное квантование позволяет сократить число шагов квантования. Для обеспечения требуемого качества при равномерном квантовании необходимо М = 2048, что соответствует m=11 (разрядность код. группы), а при неравномерном квантовании для тех же показателей М=128, m=7, следовательно, существенно упрощается аппаратура.

Рисунок 6 - АХ квантующего устройства с неравномерным шагом квантования

Неравномерное квантование может быть реализовано тремя способами:

1. аналоговое компондирование

2. цифровое компондирование

3. нелинейное кодирование и декодирование.

Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называются кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование, — декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называются кодеками.