Sampling vs Quantization
Στην επεξεργασία ψηφιακού σήματος και τα σχετικά πεδία, η δειγματοληψία και η κβαντοποίηση είναι δύο μέθοδοι, μάλλον βήματα, που χρησιμοποιούνται για τη διακριτοποίηση ενός αναλογικού σήματος για τη μετατροπή του σε ψηφιακό σήμα. Με την έλευση των ηλεκτρονικών ειδών και των υπολογιστών, σχεδόν όλες οι τεχνολογικές λειτουργίες ψηφιοποιούνται ώστε να μπορούν να χειρίζονται από υπολογιστές ή άλλα ψηφιακά συστήματα. Αυτές οι δύο είναι βασικές ιδέες για τη μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό.
Τι είναι η δειγματοληψία;
Στην επεξεργασία ψηφιακών σημάτων, η δειγματοληψία είναι η διαδικασία διάσπασης ενός συνεχούς σήματος σε ένα διακριτό σήμα. Μια κοινή χρήση της διαδικασίας είναι η αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή ενός ηχητικού σήματος. Η διαδικασία διασπά το ηχητικό κύμα σε διαστήματα κατά μήκος του άξονα του χρόνου για να παράγει μια ακολουθία σημάτων. Ως αποτέλεσμα, οι τιμές στον άξονα του χρόνου μετατρέπονται από συνεχείς, σε διακριτές τιμές με αντίστοιχα μεγέθη. Το σήμα του δείγματος είναι γνωστό ως διαμορφωμένο σήμα πλάτους παλμού.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, εντός ενός καθορισμένου χρονικού διαστήματος T, επιλέγεται ένα μέγιστο πλάτος (ένα δείγμα) που αντιπροσωπεύει ολόκληρο το διάστημα. Έτσι, έχοντας ένα συνεχές σήμα, η διεργασία αναπτύσσει ένα σήμα με ένα μόνο πλάτος που αντιπροσωπεύει ολόκληρο το χρονικό διάστημα. Ωστόσο, το μέγεθος του πλάτους εξακολουθεί να είναι συνεχές. Το στοιχείο του συστήματος που εκτελεί αυτή τη διαδικασία είναι γνωστό ως δειγματολήπτης.
Ακόμη και αν το σήμα έχει διακριτές τιμές στον άξονα x τώρα, το σήμα είναι ημισυνεχές και δεν μπορεί να αναπαρασταθεί σωστά ψηφιακά. Για να επιτευχθεί ένα εντελώς διακριτό σήμα, πραγματοποιείται ένα δεύτερο βήμα διακριτοποίησης.
Τι είναι η κβαντοποίηση;
Στην επεξεργασία ψηφιακών σημάτων, η κβαντοποίηση είναι η διαδικασία αντιστοίχισης ενός μεγαλύτερου συνόλου τιμών σε ένα μικρότερο σύνολο. Το καλύτερο παράδειγμα είναι η στρογγυλοποίηση των αριθμών για να είναι διαχειρίσιμοι. Σκεφτείτε το βάρος μιας παρτίδας μπαλών σοκολάτας. Ζυγίζουν κάπου μεταξύ 4,99 γραμμάρια και 5,20 γραμμάρια. Αντί να τα αναφέρουμε μεμονωμένα, είναι μια καλή αναπαράσταση αν πούμε ότι οι μπάλες σοκολάτας ζυγίζουν 5,00 γραμμάρια. Για να γίνει αυτό, το βάρος των σφαιρών πρέπει είτε να στρογγυλευτεί προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Το ίδιο επιχείρημα ισχύει όταν λέμε ότι τα παπούτσια ήταν 15,00 $, παρόλο που η τιμή ήταν 14,99 $.
Εφαρμόζοντας αυτό σε σήματα, το μερικώς διακριτοποιημένο σήμα έχει ήδη μια μοναδική συνεχή τιμή που αντιπροσωπεύει κάθε χρονικό διάστημα στο διαμορφωμένο σήμα πλάτους παλμού. Στη διαδικασία κβαντισμού, οι τιμές πλάτους είτε στρογγυλοποιούνται προς τα πάνω είτε προς τα κάτω στην πλησιέστερη προκαθορισμένη τιμή. Το αποτέλεσμα είναι ότι, αντί το πλάτος των σημάτων που έχουν άπειρες πολλές τιμές, περιορίζονται σε ένα πολύ μικρότερο σύνολο τιμών. Αυτός ο τύπος σήματος είναι γνωστός ως σήμα διαμορφωμένου κωδικού παλμού.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ δειγματοληψίας και κβαντοποίησης;
• Στη δειγματοληψία, ο άξονας χρόνου είναι διακριτοποιημένος ενώ, στην κβαντοποίηση, ο άξονας y ή το πλάτος είναι διακριτοποιημένος.
• Στη διαδικασία δειγματοληψίας, επιλέγεται μια μοναδική τιμή πλάτους από το χρονικό διάστημα για την αναπαράστασή της, ενώ, στην κβαντοποίηση, οι τιμές που αντιπροσωπεύουν τα χρονικά διαστήματα στρογγυλοποιούνται, για να δημιουργηθεί ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών πλάτους.
• Η δειγματοληψία πραγματοποιείται πριν από τη διαδικασία κβαντισμού.
