我正在自己学习采样和DSP。我很难理解量化误差是如何导致噪声的。我想我错过了一个基本的理解,但无法说出它是什么。那么量化误差是如何产生噪声的呢?
量化误差如何产生噪声?
在这种情况下,“噪声”是指添加到信号中的任何不需要的东西,并不一定意味着它是高斯噪声、白噪声或任何描述良好的随机过程。
在量化的背景下,它是一个纯粹的代数论证。可以将量化视为添加不需要的信号(“噪声”),等于......原始信号和量化信号之间的差异。请注意,这种量化噪声不是随机的,并且与输入信号相关。例如,如果一个信号是周期性的,那么在量化它时引入的量化噪声也将是周期性的。
假设我有一个多音信号(六个载波,采样频率为 ±1/1000、±2/1000 和 ±7/1000)
x = (1:1000);
wave = sin(x/1000*2*pi) + sin(x/1000*2*pi*2) + sin(x/1000*2*pi*7);
使用 14 位 ADC 量化
wave_quant = round(wave * 16384) / 16384;
区别
wave_qnoise = wave_quant - wave;
给出量化误差
对应的光谱
wave_qnoise_freq = mag(fftshift(fft(wave_qnoise)) / sqrt(1000));
显示了整个频谱中生成的本底噪声。
这假设量化误差不会引入偏差。如果 ADC 总是选择较低的值
wave_quant_biased = floor(wave * 16384) / 16384;
我们得到一个不再以零为中心的量化误差
wave_qnoise_biased = wave_quant_biased - wave;
在 DC bin 中的 FFT 中有明确的尖峰
wave_qnoise_biased_freq = mag(fftshift(fft(wave_qnoise_biased)) / sqrt(1000));
这成为例如正交幅度调制的实际问题,其中解调信号中的DC偏移对应于解调频率处的正弦波。
要扩展 pichenettes 所说的内容,请考虑您是否有一个音频信号正在由分辨率仅为 0.01 伏的数模转换器进行数字化。如果在某个特定时刻,音频信号为 7.3269 伏,则将舍入为 7.33 伏或截断为 7.32 伏(取决于转换器的设计)。在第一种情况下,您添加了 7.33-7.3269 伏或 0.0031 伏的“噪声”。在第二种情况下,您添加了 7.32-7.3269 伏或 -0.0069 伏的“噪声”。
当然,由于转换器肯定不是无限准确的,并且可能具有与其精度相当的准确度,因此会增加额外的噪声。
这是一个更基本的解释,以了解基本点。
- 把手伸进口袋,拿出你的 iPhone。
- 打开健康应用程序 -> 健身活动 -> 步行步数(默认开启)。
- 写下你在过去十天内每天走了多少步。
将这些数字四舍五入并在此处发布。现在这里的其他人必须根据您发布的内容猜测您的原始数字。
其他人无法根据您提供的四舍五入的数字可靠地猜出确切的数字。那是数据丢失。在这种情况下(因为您使用了舍入),这称为量化误差。