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.