Аналогові та цифрові сигнали. Дискретизація та квантування. Похибка квантування.
Розрізняють дві форми вимірювальної інформації —аналоговуі цифрову. Аналогова інформація може бути безперервною і дискретною. Види аналогових сигналів — безперервний, дискретизований за аргументом, квантований за рівнем і дискретизований та квантований —зображені графічно на рис. 84.
Форма вимірювальної інформації визначається видом коду, використаного для її відображення. Розрізняють аналогові і цифрові коди. В аналоговому коді значення величини або інформативного параметра вимірювального сигналу відображається певним фізичним аналогом. Після операцій дискретизації і квантування безперервного сигналу вимірювальна інформація, яку він містить, ще залишається аналоговою, а цифровою стає тільки внаслідок цифрового кодування.
Дискретизація безперервного в часі (просторі) сигналу здійснюється для усунення надмірності вимірювальної інформації, щоб були простішими засоби її зберігання, передачі та обробки. Вона полягає в тому, що безперервний сигнал x(t) (рис. 84,α) замінюється послідовністю його значень x(tK), взятих у дискретні моменти часу tK (рис. 84,6). Дискретизація потрібна також для наступного квантування сигналу за рівнем (рис. 84,г).
Інтервал часу Δtκ = tk — tk-1 називається кроком дискретизації, який може бути рівномірним або нерівномірним. Розмір кроку дискретизації вибирають таким, щоб сигнал x(t) можна було відтворити з допустимою похибкою при мінімальній кількості його значень x(tK). З нерівномірним кроком здійснюється адаптивна дискретизація, при якій розмір кроку дискретизації вибирається автоматично залежно від швидкості зміни (спектрального складу) сигналу x(t), щоб звести до мінімуму надмірність вимірювальної інформації.
Квантування аналогового сигналу за рівнем необхідне для цифрового кодування вимірювальної інформації. Одночасно воно забезпечує можливість усунення надмірності вимірювальної інформації, що спрощує засоби її зберігання, передачі і обробки. Квантування полягає в тому, що значення безперервного або дискретизованого в часі сигналу округлюється до дискретного рівня (рис. 84, в, г).
Рис. 84. Види сигналів з аналоговою формою інформації: а — безперервний; б — дискретизований; β — квантований; г — дискретизований
При квантуванні значення величини округлюється до дозволеного рівня хi одним з чотирьох способів: до нижчого, вищого, нижчого або вищого і до ближчого з рівнів.
Інтервал, у якому лежать значення величини, які округлюють до певного рівня xi, називається кроком квантування qi
а похибка квантування Δκί = х{— χ.