Quantizing, Quantization   양자화

(2020-12-09)

표본화 양자화 비교


1. `양자화` 이란?

  ㅇ [물리]  연속적이지 않고 이산적인 물리량으로 만드는 것 (例, 양자, 에너지 양자화 등)

  ㅇ [통신]  아날로그 신호표본화진폭치로부터  특정 이산치(대표치) 만으로 바꾸는 과정


2. [통신/신호처리]  양자화의 의미양자화 변환 조작의 의미는,
     - PCM 등에서 음성 신호아날로그 신호디지털 신호로 변환하는 과정에서,
     - 어떤 아날로그 신호진폭 간격들을 구획하여, 이를 대표값(이산값)으로 나타내는 조작

  ㅇ 즉, 대표값으로 치환하는 것
     - 아날로그 신호진폭이  ±V의 범위인 경우,
     - 이 신호표본치는 ±V의 범위에서 연속적인 값을 취하는데,
     - 이 범위를 ΔV 마다 구분지어서,
     - 하나의 양자화 스텝 범위 내의 표본치를, 1개의 대표값으로 나타내는 조작

  ㅇ 통상, 대표값에 대한 2진수 값으로는, 2의 보수로 표현
     - 例로써, 정밀 오디오인 20 비트 경우에, (최대) 7FFFF ~ 80000 (최소)


3. [통신/신호처리]  표본화, 양자화의 비교표본화 : 시간축을 따라 이산값으로 변환하는 과정

  ㅇ 양자화 : 진폭축을 따라 이산값으로 변환하는 과정


4. [통신/신호처리]  양자화의 목표/의의근사화 → 입력신호를 유한개수의 값으로 근사화(또는,압축) 함
     - 근사화가 아니고 완벽하게 표현하려면 무한개의 비트 수가 필요하나,
     - 근사화의 정확도를 떨어뜨리게되면 표현되는 비트 수의 경감을 얻을 수 있음

  ㅇ 데이터 압축 → 가급적 적은 량으로 정확하게 데이터부호화할 수 있도록 함
     - 입력 아날로그 신호의 개별 값들의 수를 양자화를 통해 훨씬 적은 수의 대표값들로 줄일 수 있음
     - 연속 진폭 값을 한정된 비트 수의 코드(부호)로 변환할 수 있게함


5. [통신/신호처리]  양자화의 종류진폭 양자화 방법에 따라 
     - 선형 양자화(Linear Quantizing), 균등 양자화(Uniform Quantizing)
        . 양자화 계단 폭이 입력 신호 레벨과 관계없이 일정
        . 스튜디오급(전문가용) 디지털 비디오 장비 등에 사용됨
     - 비선형 양자화(Non-linear Quantizing, Logarithmic Quantizing), 비균일 양자화
        . 입력 신호 레벨이 작을때는, 양자화 계단 간격을 좁게,
        . 입력 신호 레벨이 클때는, 양자화 계단 간격을 넓게하는 방식

  ㅇ 시간에 따라 변화하는가에 따라
     - 적응형 양자화 (Adaptive Quantizing)
        . 입력 신호 레벨에 따라 양자화 계단의 최대, 최소 값이 시간적으로 변화하는 방식
          으로 ADPCM 등에 사용됨
     - 고정형 양자화 (Fixed Quantizing)
        . 양자화 계단이 시간적으로 변화없이 고정적인 방식

  ㅇ 대표값을 나타내는 방법에 따라
     - 스칼라 양자화 
        . 표본을 하나의 대표값으로 양자화
     - 벡터 양자화 
        . 일련의 표본들을 특성화시킨 여러 대표값(n-tuple)으로 양자6. [통신/신호처리]  양자화 관련 참고용어

  ㅇ (주요 용어)  ☞  양자화스텝, 양자화레벨 수, 양자화 비트 수(양자화 분해능) 등 참조
     - 최대 입력 범위 : D = Δ L = Δ 2n
     - 양자화 스텝 크기 : Δ = D / L = (최대 입력 범위) / (양자화 스텝 수)
     - 양자화 스텝 수 : L = 2n
     - 양자화 비트 수 : n = log2L
     - 양자화 분해능 : n = log2L (때론, Δ = D / L = D / 2n)

  ㅇ (기타 용어)  ☞  양자화잡음(양자화오차), 음성부호화, ADC(A/D 변환), 인코딩 등 참조
     - 양자화오차 : A/D 변환 과정 중 표본화 직후 양자화 시에 나타나는 오차
     - 음성부호화 : 음성신호압축,전송,복원을 위한 부호화
     - A/D변환 : 아날로그신호디지털신호로 변환시키는 과정



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