Quantisierung

Die Quantisierung ist Teil der Digitalisierung von analogen Signalen. Dazu werden die analogen Signale in regelmäßigen Abständen mit der Abtastrate abgetastet ( Sampling) und zu jedem dieser Abtastzeitpunkte wird ihr Spannungswert in einen Digitalwert umgewandelt. Das Analogsignal kann nur in einer endlichen Anzahl von Digitalwerten ausgedrückt werden.


Diese Umwandlung in Zahlen und messbaren Größen nennt man Quantisierung. So kann ein Analogwert mit einer Sampletiefe von beispielsweise 4 Bit, 8 Bit, 16 Bit, 24 Bit oder 32 Bit dargestellt werden, was einer Quantisierung von 16, 256, 65.536, 16.777.216 oder 4,295 x 10exp9 unterschiedlichen Pegeln entspricht. Je höher die Quantisierung, desto höher ist der Dynamikbereich und desto geringer ist der mögliche prozentuale Quantisierungsfehler in Bezug auf das Originalsignal.

A/D-Wandlung mit einer Sampletiefe 
   von 4 Bit

A/D-Wandlung mit einer Sampletiefe von 4 Bit

Quantisierungsverfahren arbeiten mit linearer und nichtlinearer Umsetzung. Bei der linearen Quantisierung ist das Quantisierungsintervall konstant und damit unabhängig vom Signalpegel. Das führt zu dem Nachteil, dass das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bei kleinen Signalpegeln schlechter ist, als bei großen. Anders ist es bei der nichtlinearen Quantisierung. Bei diesen Verfahren wird das Eingangssignal vorverzerrt, kleine Pegel werden angehoben, große abgesenkt. Nichtlineare Quantisierungen arbeiten mit nichtlinearen Kennlinien, die logarithmische Funktionen haben oder als Segmentkennlinie ausgebildet sind. Bekannt ist die 13-Segmentkennlinie, die aus 13 linearen Segmenten besteht. Bei der nichtlinearen Quantiserung werden die Eingangssignale zuerst komprimiert, anschließend quantisiert, danach übertragen und wieder expandiert. Durch dieses Verfahren werden das Signal-Rausch-Verhältnis und der Dynamikbereich wesentlich verbessert.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Quantisierung
Englisch: quantization
Veröffentlicht: 16.03.2013
Wörter: 231
Tags: #Elektronik-Grundlagen
Links: Abtastrate, Abtastung, Analog, Bit (binary digit), Digitalisierung