Cuantización

Una señal digital no solamente es discretizada en el tiempo, sino también en su amplitud. Esto se debe a que el computador, por su naturaleza discreta, no es capaz de representar ni manipular una función continua de amplitud. El proceso por el cual se discretiza la amplitud de una sonido en el computador se denomina cuantización.

Figura 4.7: Proceso de cuantización

La cuantización es un proceso claramente no lineal, como se muestra en la figura 4.7. Esto implica que genera distorsiones o errores no lineales. La figura 4.8 muestra el proceso de la cuantización de una señal analógica. La cuantización se encarga de otorgarle a un rango de la señal una única salida. La diferencia que resulta de restar la señal de entrada a la de salida es el error de cuantización, esto es, la medida en la que ha sido necesario cambiar el valor de una muestra para igualarlo a su nivel de cuantización más próximo.

Figura 4.8: Cuantización de una señal analógica

Figura 4.9: Error de cuantización

Los valores continuos de la señal son aproximados a $2^n$ niveles de amplitud cuantizados donde $n$ corresponde al número de bits disponible, tal como se explica en la sección 4.2. Esto depende de cada sistema. La resolución de la señal por ende tendrá relación con el numero de niveles que se tenga para codificar. En el caso del compact disc o CD, se utilizan 16 bits para representar la amplitud. Esto significa que hay $2^{16} = 65536$ niveles distintos para representar la amplitud. Esto claramente induce un error en la señal cuantizada, a diferencia de lo que sucede con el muestreo, donde es posible reconstruir la señal original si se muestra a una tasa adecuada.

Figura 4.10: Dithering

El error de cuantización puede ser audible dependiendo del contexto, por lo cual no es un tema menor. Una forma de minimizar el efecto de este ruido es mediante la adición de una señal aleatoria llamada dither,, tal como se muestra en la figura 4.10. Al aplicar esta señal aleatoria, se logra desestructurar el ruido de cuantización y convertirlo en ruido uniforme, el cual es bastante menos audible que el ruido estructurado.