| Název školy: | Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 |
| Autor: | Ing. Marek Nožka |
| Anotace: | Převod dat do digitální podoby -- kvantování |
| Vzdělávací oblast: | Informační a komunikační technologie |
| Předmět: | Počítačové sítě a komunikační technika (PSK) |
| Tematická oblast: | Principy přenosu informací |
| Výsledky vzdělávání: | Žák vysvětluje princip digitalizace dat a ukazuje kdy a za jakých podmínek dochází ke ztrátám informace |
| Klíčová slova: | kvantování, digitalizace signálu |
| Druh učebního materiálu: | Online vzdělávací materiál |
| Typ vzdělávání: | Střední vzdělávání, 3. ročník, technické lyceum |
| Ověřeno: | VOŠ a SPŠE Olomouc; Třída: 3L |
| Zdroj: | Vlastní poznámky |
Kvantování je proces, při kterém se omezuje počet hodnot signálu na určitou konečnou množinu hodnot. Jde v podstatě o zaokrouhlování hodnot signálu. Kvantování většinou následuje v procesu digitalizace signálu hned za vzorkováním.
Na obrázku vidíme červeně vyznačené tzv. kvantovací a zeleně vyznačené rozhodovací hladiny.
Vzorek je zaokrouhlen vždy na nejbližší kvantovací hladinu. To znamená, že pokud se nachází nad rozhodovací hladinou zaokrouhlí se nahoru a pokud se nachází pod rozhodovací hladinou zaokrouhlí se dolů.
Proces může dál pokračovat tak, že:
Číslo hladiny budeme vyjadřovat ve dvojkové soustavě. V našem příkladu máme 7 kvantovacích hladin. K vyjádření 7 různých čísel potřebujeme ve dvojkové soustavě 3 binární číslice a proto číslo hladiny bude tří-bitové.
Vztah mezi počtem kvantovacích hladin a počtem bitů potřebných pro jejich vyjádření se dá zapsat asi takto:
V telefonii se používá pro přenos hlasu 8 b. To znamená ($2^8=$) 256 kvantovacích hladin.
U kompaktních disků se pro zvukový záznam používá 16 b. To je ($2^{16}=$) 65536 kvantovacích hladin.
Pokud bychom chtěli v našem příkladu signál přenést sdělovací soustavou nebo je uchovat například na pevném disku počítače, zapsali bychom velikost vzorků jako posloupnost čísel:
001,010,010,011,001,010,001,000,111,110,111,101,110,...
Této posloupnosti se říká Pulzně kódová modulace. Takto je uložen zvukový záznam například na již zmíněném zvukovém CD nebo v souborovém formátu WAV.
Pro správnou interpretaci (převod zpět do původní podoby) signálu PCM je zapotřebí znát:
Při kvantování dochází vždy ke ztrátě informace. Tuto ztrátu si můžeme představit jako šum, který se přimíchá k užitečnému signálu. Situaci můžeme vyjádřit vztahem:
$$PCM=Analog + Šum$$
Tento šum se označuje jako Kvantovací šum a na obrázku ho vidíme jako zelenou křivku. Kvantovací šum klesá s rostoucím počtem kvantovacích hladin.
Obvod, který realizuje kvantování se nazývá A/D převodník. Ten každé kvantovací hladině přiřadí číslo. Číslo je vyjádřeno ve dvojkové soustavě jako posloupnost nul a jedniček.