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Comunicación digital – Cuantificación

quantizing an analog signal

La digitalización de señales analógicas implica el redondeo de los valores que son aproximadamente iguales a los valores analógicos. El método de muestreo elige algunos puntos en la señal analógica y luego estos puntos se unen para redondear el valor a un valor casi estabilizado. Tal proceso se llama como Cuantización.

Cuantificar una señal analógica

Los convertidores de analógico a digital realizan este tipo de función para crear una serie de valores digitales a partir de la señal analógica dada. La siguiente figura representa una señal analógica. Esta señal para convertirse en digital, debe someterse a muestreo y cuantificación.

Cuantificar una señal analógica

La cuantificación de una señal analógica se realiza discretizando la señal con varios niveles de cuantificación. Cuantización representa los valores muestreados de la amplitud mediante un conjunto finito de niveles, lo que significa convertir una muestra de amplitud continua en una señal de tiempo discreto.

La siguiente figura muestra cómo se cuantifica una señal analógica. La línea azul representa la señal analógica mientras que la marrón representa la señal cuantificada.

Cuantización

Tanto el muestreo como la cuantificación dan como resultado la pérdida de información. La calidad de la salida de un cuantificador depende del número de niveles de cuantificación utilizados. Las amplitudes discretas de la salida cuantificada se denominan niveles de representación o niveles de reconstrucción. El espaciado entre los dos niveles de representación adyacentes se denomina cuántico o Numero de pie.

La siguiente figura muestra la señal cuantificada resultante que es la forma digital para la señal analógica dada.

Señal cuantificada resultante

Esto también se llama como Escalera forma de onda, de acuerdo con su forma.

Tipos de cuantificación

Hay dos tipos de cuantificación: cuantificación uniforme y cuantificación no uniforme.

El tipo de cuantificación en el que los niveles de cuantificación están uniformemente espaciados se denomina Cuantización uniforme. El tipo de cuantificación en el que los niveles de cuantificación son desiguales y en su mayoría la relación entre ellos es logarítmica, se denomina como Cuantización no uniforme.

Hay dos tipos de cuantificación uniforme. Son del tipo Mid-Rise y Mid-Tread. Las siguientes figuras representan los dos tipos de cuantificación uniforme.

Tipos de cuantificación

La figura 1 muestra el tipo de altura media y la figura 2 muestra el tipo de cuantificación uniforme de la banda de rodadura media.

  • los A medio levantar type se llama así porque el origen se encuentra en el medio de una parte ascendente del gráfico en forma de escalera. Los niveles de cuantificación de este tipo son pares.

  • los Banda de rodadura tipo se llama así porque el origen se encuentra en el medio de una huella del gráfico en forma de escalera. Los niveles de cuantificación de este tipo son impares.

  • Tanto los cuantificadores uniformes de altura media como de banda de rodadura media son simétricos con respecto al origen.

Error de cuantificación

Para cualquier sistema, durante su funcionamiento, siempre hay una diferencia en los valores de su entrada y salida. El procesamiento del sistema da como resultado un error, que es la diferencia de esos valores.

La diferencia entre un valor de entrada y su valor cuantificado se denomina Error de cuantificación. A Cuantificador es una función logarítmica que realiza la cuantificación (redondeando el valor). Un convertidor de analógico a digital (ADC) funciona como cuantificador.

La siguiente figura ilustra un ejemplo de un error de cuantificación, que indica la diferencia entre la señal original y la señal cuantificada.

Error de cuantificación

Ruido de cuantificación

Es un tipo de error de cuantificación, que suele ocurrir en la señal de audio analógica, mientras se cuantifica a digital. Por ejemplo, en la música, las señales cambian continuamente, donde no se encuentra una regularidad en los errores. Tales errores crean un ruido de banda ancha llamado Ruido de cuantificación.

Companding en PCM

La palabra Compandiendo es una combinación de compresión y expansión, lo que significa que hace ambas cosas. Esta es una técnica no lineal utilizada en PCM que comprime los datos en el transmisor y expande los mismos datos en el receptor. Los efectos del ruido y la diafonía se reducen mediante el uso de esta técnica.

Hay dos tipos de técnicas de Companding. Ellos son –

Técnica de compresión de la ley A

  • La cuantificación uniforme se logra en A = 1, donde la curva característica es lineal y no se realiza ninguna compresión.

  • La ley A tiene una altura media en el origen. Por tanto, contiene un valor distinto de cero.

  • La expansión de la ley A se utiliza para los sistemas telefónicos PCM.

Técnica de compresión de la ley µ

  • La cuantificación uniforme se logra en µ = 0, donde la curva característica es lineal y no se realiza ninguna compresión.

  • La ley µ tiene una banda de rodadura intermedia en el origen. Por tanto, contiene un valor cero.

  • La compresión de ley µ se utiliza para señales de voz y música.

La ley µ se utiliza en Norteamérica y Japón.

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