Подобряване на производителността на квантуване с помощта на псевдослучаен сигнал

Публикувано от Dr. Боб Давидов в петък, 21/06/2013 - 08:12

квантуване

Цел на работата: усвояване на метода за подобряване на характеристиките на квантуването по амплитуда. Методът може да се използва за компресиране на данни.
Задачата на работата: изграждане на модел на ADC с подобрени характеристики.
Какво имаме: персонален компютър, интегрирана среда MatLAB.

Смесване на PSEUDO-СЛУЧАЙНИЯ СИГНАЛ (DITHER)
Някои от характеристиките на ADC могат да бъдат подобрени чрез използване на техниката на дитер от староанглийски didderen до трептене със специално подбран спектър. Състои се от добавяне на произволен шум (бял шум) с малка амплитуда към входящия аналогов сигнал.

Оптимизирането на амплитудата на шумовия сигнал зависи от вида на случайния шум, например, гауссов шум изисква по-висока амплитуда, за да се елиминират изкривяванията от правоъгълния или триъгълния случаен шум. В общия случай обаче амплитудата на шума се избира на нивото на половината от LSB. Ефектът от това добавяне е, че LSM състоянието преминава произволно между състояния 0 и 1 при много малък входен сигнал (без добавяне на шум, LSM ще бъде в състояние 0 или 1 за дълго време). За сигнал със смесен шум, вместо просто закръгляване на сигнала до най-близката цифра, се случва произволно закръгляване нагоре или надолу, а средното време, през което сигналът се закръглява до едно или друго ниво, зависи от това колко близо е сигналът до това ниво . По този начин дигитализираният сигнал съдържа информация за амплитудата на сигнала с разделителна способност, по-добра от LSM, т.е. ефективният ADC битов капацитет се увеличава. Отрицателната страна на техниката е увеличаването на шума в изходния сигнал. Всъщност грешката на квантуването е разпределена върху няколко съседни извадки. Този подход е по-желателен от простото закръгляване до най-близкото дискретно ниво. В резултат на използването на техниката на псевдослучайно смесване на сигнала се получава по-точно възпроизвеждане на сигнала във времето. Малки промени в сигнала могат да бъдат възстановени от псевдослучайните LSM скокове чрез филтриране. Освен това, ако шумът е детерминиран (амплитудата на добавения шум е точно известна по всяко време), тогава той може да бъде изваден от дигитализирания сигнал, като преди това е увеличил своята битова дълбочина, като по този начин почти напълно се отървава от добавения шум.

Звуковите сигнали с много малки амплитуди, дигитализирани без псевдослучаен сигнал, се възприемат от ухото като много изкривени и неприятни. При псевдослучайно затихване на сигнала истинското ниво на сигнала се представя от средната стойност на няколко последователни проби.
Напоследък обаче, поради поевтиняването на 24-битовите АЦП, които дори без дихтер имат динамичен обхват над 120 dB, което е с няколко порядъка по-високо от пълния обхват на човешкия слух, тази технология загуби своята значимост в звука инженерство. Освен това се използва в радиочестотна и микровълнова технология, където скоростта на бита ADC обикновено е ниска поради високата честота на вземане на проби.
Много подобен процес, наричан още дитер или дифузия на грешки, се използва за представяне на изображения в сива скала в компютърна графика при малък брой битове на пиксел. В този случай изображението става шумно, но визуално се възприема по-реалистично от същото изображение, получено чрез просто квантуване.