为什么我们总是对均方失真感兴趣?

信息处理 数字通信 量化
2022-01-18 07:27:54

在处理量化器和许多其他通信问题时,人们通常关注均方失真或均方误差,而不是平均绝对误差或其他任何东西。加拉格在这里解释了原因,如果我从他其他讲座的质量中推断出来,这可能是完美的,但我不明白。

他说,量化器的均方失真很好地映射到我们采样和量化的波形的均方失真,如果我们使用其他指标(例如平均绝对失真),这种映射就不会那么好。这是为什么?原始波形和采样量化波形之间的平均绝对差不应该映射到量化器的平均绝对差吗?是什么让均方在这个意义上有所不同?

3个回答

考虑以适当的采样率采样的带限函数,这样它的样本就可以完美地表示它。如果这些样本被量化得到值,那么可以证明均方误差u(t)fs=1/Tu(kT)v(kT)

ϵ=k|u(kT)v(kT)|2

等于波形之间的均方误差

ϵ=1T|u(t)v(t)|2dt

其中是从量化样本重建的波形。因此,以使原始样本和量化样本之间的均方误差最小化的方式进行量化,保证了相应连续波形之间的均方误差也最小化。这不是其他错误度量的情况。v(t)v(kT)

除了视频中所说的内容之外,我还将添加以下内容以作为对错误的一般考虑。

错误的奇数幂(例如e(n),e3(n)) 的缺点是,当在找到累积误差时相加时,相同幅度的正负误差会被抵消。甚至错误的力量,例如e2(n),e4(n),不会有这个问题。

此符号问题的另一种解决方案是使用绝对值,例如|e(n)|; 但是由于绝对值函数在所有点上都不可微,因此当要通过微分最小化总误差时,它更难用于优化。一般来说,二次函数是平滑且可微的。

此外,除了符号问题之外,任何信号的平方都定义了它在信号处理中的能量,因此它有助于定义误差能量;这在分析的许多方面都是一个很好的指标。

总结; 二次函数的数学易处理性和能量关系使其更相关且更易于处理。

没有什么比能源更容易减少。

首先,能量是在物理学、化学、力学等领域经常被认为是保留的量。“保留”在某种程度上意味着恒定。不变的意思是静止。该模型通常被认为在短时间内或空间内有效。如果某物的平方是常数,则斜率或导数为零。非常幸运的是,平方的导数在某种程度上是仿射的:

(ax2+bx+c)=2ax+b

和仿射系统很容易通过线性代数反演有效地求解,因为高斯消元

其次,一些随机的经典现象通过大数定律、高斯定律服从。高斯与正方形非常相关。

所以:在许多实际情况下,作为平方最小化的建模是合理的,并且适用于易于处理的离线或在线算法,通常具有相对直接的解决方案。更复杂的建模和算法的情况,例如严格的正数据或异常值,以及其他基于物理的假设不太广泛,并且仍在研究中,因为它们通常需要用户输入(套索桥回归、弹性网络、带有调整的超参数)。

然而,随着最近的优化工作,最小绝对值变得越来越流行。剧透:由于最小二乘导致均值,最小绝对值导致中值估计。此外,特别是在模拟中,人们越来越意识到评估相对误差而不是绝对传播的重要性。结果对数度量更难以解决。