Cuantificación

De musiki
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Plantilla:Refracción
Definición breve: Es el proceso de convertir un objeto a un grupo de valores discretos. Toma valores de amplitud de señal analógica y cuantifica con bits dichos valores de amplitud mediante niveles.
Tema: Audio Digital
Subtema: Cuantificación.
Gráficos
Señalmuestreo.jpg
Señalcuantifi.jpg
Ejemplo sonoro: https://www.youtube.com/watch?v=Wb2r87FkeoM


Cuantificación Digital

La cuantificación convierte una sucesión de muestras de amplitud continua en una sucesión de valores discretos según el código utilizado. Durante el proceso se mide el nivel de tensión de cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les asigna un valor discreto de amplitud, seleccionado dentro de un margen de niveles previamente fijado.

Señaldigital.jpg


Los valores preestablecidos se eligen en función de la 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. La señal analógica se convierte en una señal digital. La señal queda representada por un valor finito que durante la codificación se transforma en una sucesión de ceros y unos.

La cuantificación se encarga de medir individualmente el nivel del voltaje o tensión de todas las muestras de amplitud continua obtenidas en el proceso de muestreo.

Tipos de Cuantificación

Cuantificación uniforme:

En los cuantificadores uniformes (o lineales) la distancia entre los niveles de reconstrucción es siempre la misma. Son los más fáciles y menos costosos de implementar. Uno de los problemas de la cuantificación uniforme es que el tamaño del error de cuantificación es independiente de la amplitud de la muestra, son necesarios 12 bits para obtener voz con calidad telefónica.

Cuantifi1.jpg

Cuantificación no uniforme

La cuantificación no uniforme (no lineal) se aplica cuando se procesan señales no iguales que van a ser más sensibles en una determinada banda concreta de frecuencias. 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, utiliza mas detalle en la zona baja de la señal.

Cuantifi2.jpg

Cuantificación logarítmica

La cuantificación logarítmica (cuantificación escalar) 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. Esta cuantificación proporciona mayor resolución en señales débiles al compararse con una cuantificación uniforme de igual bit rate, pero menor resolución en señales de gran amplitud.A la salida del sistema, la señal digital pasa por un expansor, que realiza la función inversa al compresor logarítmico. Los algoritmos Ley Mu y Ley A sirven como ejemplo de cuantificadores logarítmicos.

Ley-A

Ley-a.jpg


Ley-µ

LeyB.jpg

Cuantificación vectorial:

La cuantificación vectorial, el proceso puede ser idéntico a la cuantificación uniforme (utiliza CBR) o no uniforme (utiliza VBR). La particularidad es que, en lugar de cuantificar las muestras retenidas individualmente, se cuantifican por bloques de muestras, se logra una cuantificación más eficaz. Está más predispuesta a verse afectada por errores de transmisión. Otro inconveniente, es que los procesos informáticos para lograr esta codificación resultan muy complejos.

Vecto.jpg

Proceso de cuantificación

Las muestras toman el valor del nivel más próximo dentro del rango de niveles establecidos. Se define el paso de cuantificación como la diferencia que se tendrá entre dos niveles consecutivos.

Senal cuantificado.jpg

PCM uniforme

Se caracteriza por tener un paso de cuantificación uniformemente distribuido, se distuinguen dos clases de cuantificación uniforme: Midthread o Midriser.

Cuantificacion Midriser.jpg Cuantificacion Midthread.jpg

PCM no uniforme

Se caracteriza por disponer de mayor número de niveles para aquellas amplitudes de señal más probables, y viceversa, se utiliza para las señales de voz (telefonía). Los tipos de PCM no-uniforme es la conocida como PCM logarítmico, definida por la ley-mu en Norteamérica y Japón, y la ley-A en Europa.

Ruido de cuantificación

Se define como ruido de cuantificación a la señal en tiempo discreto y amplitud continua introducida por el proceso de cuantificación y que resulta de igualar los niveles de las muestras de amplitud continua a los niveles de cuantificación más próximos. Una vez cuantificadas las muestras podrán ser codificadas ya que siempre se podrá establecer una correspondencia biunívoca entre cada nivel de cuantificación y un número entero. Para el caso del cuantificador ideal se trata del único error que introduce el proceso.

Cuando la señal de entrada ejercita todo el rango de cuantificación y presenta una forma de honda compleja, como ocurre con la música de orquesta, las muestras sucesivas tendrán valores numéricos ampliamente variables y el error de cuantificación de una determinada muestra se verá independiente del resto. El error de la cuantificación será distribuida con igual probabilidad entre los límites.

Ruido

Es un error de cuantificación, es una perturbación que sufre una señal cuando se transmite, a veces depende de la forma de transmisión, el medio que se utiliza y el ambiente en donde se transmite la señal.

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Ejemplo Sonoro

En el siguiente ejemplo sonoro podemos escuchar la diferencia de compresiones de mp3. A medida que tenga una mayor cuantificación mejor resolución tendrá el archivo de audio y mejor se oirá.

En momento de usar audio profesional se utiliza en wav de alta calidad porque a la hora de tratar ese audio siempre responde mejor con un muestreo y cuantificación altos. El triunfo del mp3 es lo poco que ocupan los archivos ya que se trata de rebajar el "peso" del archivo para que pueda circular por la red.

Referencias