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Quantisierungskennlinie
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nicht-liniare Quantisierungskennlinien werden zur nicht-linearen Digitalisierung von Audio- und Videosignalen verwendet um diese zu komprimieren. Das menschliche Gehör nimmt Unterschiede bei leisen Signalen stärker wahr als bei lauten. Bei linearer Quantisierung würden sich Rauschen oder Quantisierungsfehler daher stärker bei kleinen Signalpegeln bemerkbar machen. Die logarithmische Quantisierung strebt somit ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) an, das über einen weiten Dynamikbereich des Audiosignals konstant ist.
Auch die digitale Videotechnik verwendet nicht-lineare Quantisierungskennlinien.
Die Zahl der Stufen, mit denen das analoge Signal quantisiert und codiert wird, bestimmt die Amplitudenauflösung der Digitalisierung. Bei 8-Bit-Werten, wie sie in Telefonnetzen und in weiten Teilen auch bei der Digitalisierung von Videosignalen üblich sind, sind dies 256 Stufen. (Bei der Videotechnik sind die Werte 0 und 255 ausgespart: sie dienen der Digitalisierung der Synchronsignale). Der damit erreichbare Pegelbereich des analogen Signals wird als Systemdynamik bezeichnet. Logarithmische Kennlinien vergrößern die Systemdynamik.
Die Quantisierungskennlinien des A-law- und µ-law-Verfahrens werden in der PCM-Technik der digitalen Telefonnetze verwendet.
liniare Quantisierungskennlinien werden zur Digitalisierung von hochwertigen Signalen genutzt, wie z.B.: Audio-CD-Format(16Bit), ADAT(16Bit), AES/EBU(16,20 oder 24Bit).
Dabei besitzt jede Spannugsstufe über den gesamten Dynamikumfang den gleichen Wert.
Da bei diesen Audioquellen die Anzahl der Möglichen Stufen (Bit) von vornherein schon viel größer ist, ist eine "komprimierung" in den "leiseren" Bereichen, also den Bereichen mit geringerer Spanung nicht nötig und auch nur schwer möglich.
Kleines Rechenbeispiel dazu:
16Bit = 2^16 = 65536 Werte entspricht also 65535 möglichen Stufen 24Bit = 2^16 = 16777216 Werte entspricht also 16777215 möglichen Stufen
Ein Line-Pegel (also das was aus Walkman, CD-Player, Soundkarte rauskommt) hat maximal 1,5V Wechselspannung. Das macht eine Spannungsdifferenz von 3V, auf die sich die gesammten Quantisierungsstufen aufteilen. Daraus ergibt sich bei:
8Bit: 3V/255 Stufen = rund 0,0118V/Stufe (!wenn es linear quantisiert würden!) 16Bit: 3V/65535 Stufen = rund 4,58 * 10^-5 V pro Stufe oder 0,0000458V/Stufe 24Bit: 3V/16777215 Stufen = rund 1,79 * 10^-7 V pro Stufe oder 0,000000179V/Stufe 8Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20log((2^8)-1) = 48dB (!wenn es linear quantisiert würden!) 16Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20log((2^16)-1)= 96dB -> bei 10% des nutzbaren Signals 20log(((2^16)-1)/10)= 76dB 24Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20log((2^24)-1)= 144dB -> bei 10% des nutzbaren Signals 20log(((2^16)-1)/10)= 124dB
Siehe auch
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