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Cuantificación digital
El proceso de cuantificación es uno de los pasos que se siguen para lograr la digitalización de una señal analógica.
Procesos de la conversión A/D.Básicamente, la cuantificación lo que hace es convertir una sucesión de muestras de amplitud continua en una sucesión de valores discretos preestablecidos según el código utilizado.
Durante el proceso de cuantificación se mide el nivel de tensión de cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado por aproximación dentro de un margen de niveles previamente fijado.
Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior más próximo.
En este momento, la señal analógica (que puede tomar cualquier valor) se convierte en una señal digital, ya que los valores que están preestablecidos, son finitos. No obstante, todavía no se traduce al sistema binario. La señal ha quedado representada por un valor finito que durante la codificación (siguiente proceso de la conversión analógico digital) será cuando se transforme en una sucesión de ceros y unos.
Así pues, la señal digital que resulta tras la cuantificación es diferente a la señal eléctrica analógica que la originó, algo que se conoce como Error de cuantificación. El error de cuantificación se interpeta como un ruido añadido a la señal tras el proceso de decodificación digital. Si este ruido de cuantificación se mantiene por debajo del ruido analógico de la señal a cuantificar (que siempre existe), la cuantificación no tendrá ninguna consecuencia sobre la señal de interés.
Contenido
Tipos de cuantificación
Para minimizar los efectos negativos del error de cuantificación, se utilizan las distintas técnicas de cuantificación que a continucación se describen:
Cuantificación uniforme
La cuantificación uniforme o lineal es el proceso de cuantificación más simple. Se utiliza un bit rate constante. A cada muestra se le asigna el valor inferior más próximo, independientemente de lo que ocurra con las muestras adyacentes.
A cada muestra de amplitud de la señal eléctrica se le asigna un valor de entre los que el bit rate del códec permite. Si no existe el equivalente, se toma el inferior más próximo.
Este procedimiento se sigue en todas y cada una de las muestras, independientemente de lo que ocurran con las muestras adyacentes.
La cuantificación uniforme tiene el inconveniente de que es la menos eficaz de entre las existentes, pues la probabilidad de ruido de cuantificación es proporcional al incremento de la amplitud de la señal.
Cuantificación no uniforme
La cuantificación no uniforme o no lineal se aplica cuando se procesan señales no homogéneas que se sabe que van a ser más sensibles en una determinada banda concreta de frecuencias.
Se estudia la propia entropía de la señal analógica y se asignan niveles de cuantificación de manera no uniforme (bit rate variable), de tal modo que se asigne un mayor número de niveles para aquellos márgenes en que la amplitud de la tensión cambia más rápidamente.
En este caso, lo que se hace es estudiar la propia entropía de la señal y asignar niveles de cuantificación de manera no uniforme (utilizando un bit rate variable), de tal modo que se asigne un mayor número de niveles para aquellos márgenes en que la amplitud cambia más rápidamente (contienen mayor densidad de información).
Cuando durante la digitalización se ha usado una cuantificación no uniforme, se debe utilizar el mismo circuito no lineal durante la decodificación, para poder recomponer la señal de forma correcta.
Cuantificación logarítmica
La cuantificación logarítmica o escalar es un tipo de cuantificación digital en el que se utiliza una tasa de datos constante, pero se diferencia de la cuantificación uniforme en que como paso previo a la cuantificación se hace pasar la señal por un compresor logarítmico.
Se hace pasar la señal por un compresor logarítmico antes de la cuantificación. Como en la señal resultante la amplitud del voltaje sufre variaciones menos abruptas, la posibilidad de que se produzca un ruido de cuantificación grande disminuye. Antes de reproducir la señal digital, ésta tendrá que pasar por un expansor.
En esta cuantificación tendremos pequeños pasos de cuantificación para los valores pequeños de amplitud y pasos de cuantificación grandes para los valores grandes de amplitud, lo que proporciona mayor resolución en señales débiles al compararse con una cuantifificación uniforme de igual bit rate, pero menor resolución en señales de gran amplitud.
A la salida del sistema, la señal digital ha de pasar por un expansor, que realiza la función inversa al compresor logarítmico. El procedimiento conjunto de compresión y expansión se denomina companding.
Los algoritmos Ley Mu y Ley A sirven como ejemplo de cuantificadores logarítmicos.
Cuantificación vectorial
La cuantificación vectorial, un tipo de cuantificación digital, en el proceso puede ser idéntico a la cuantificación uniforme (utiliza un bit rate constante) o no constante (utiliza un bit rate variable). La particularidad radica, en que, en lugar de cuantificar las muestras retenidas individualmente, se cuantifican por bloques de muestras. Con ello, se logra una cuantificación más eficaz.
En lugar de cuantificar las muestras obtenidas individualmente, se cuantifica por bloques de muestras.
Cada bloque de muestras será tratado como si se tratara de un vector; de ahí el nombre de esta tipología.
La cuantificación vectorial es la más eficiente de todas las modalidades de cuantificación en lo referente al error de cuantificación. No obstante, está más predispuesta a verse afectada por errores de transmisión. Otro inconveniente, es que los procesos informáticos para lograr esta codificación resultan muy complejos.
Véase también
- Conversión analógica-digital
- Ruido de cuantificación
- Bit rate
- Resolución digital
- Companding
Enlaces externos
- http://ceres.ugr.es/~alumnos/luis/mycuan.htm
- http://prof.usb.ve/tperez/docencia/2422/contenido/Cuantifico/CUANTIFICO.htm
Bibliografía
- FRIES, Bruce y FRIES, Marty. Audio digital práctico. Ed. Anaya Multimedia. 2005. ISBN 8441518920
- RUMSEY, Francis y McCORMICK, Tim. Sonido y grabación. Introducción a las técnicas sonoras. 2004.
- WATKINSON, J. El arte del audio digital. IORTV, Madrid, 1993
- WATKINSON, John. Introducción al audio digital. 2003. ISBN 8493284491.
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