dequantisieren

Dequantisierung ist der Prozess der Rekonstruktion eines Analogsignals aus seiner digitalisierten, gestuften Darstellung. Wenn ein Analogsignal in digitale Form umgewandelt wird, durchläuft es die Quantisierung, die jeden Messwert auf die nächste diskrete Stufe rundet. Dequantisierung kehrt dies um: Sie nimmt diese diskreten Integer- oder Festkommawerte und wandelt sie zurück in kontinuierliche Spannungs- oder Stromstufen, die die ursprüngliche Analogwellenform annähern.

Der einfachste Dequantisierer ist ein Digital-Analog-Umsetzer (DAU), der jedem digitalen Eingangswert eine bestimmte Ausgangsspannung zuordnet. Ein 8-Bit-DAU mit einer 5-Volt-Referenz teilt den Ausgabebereich beispielsweise in 256 Stufen von etwa 20 Millivolt auf. Wenn sich die digitale Eingabe von 127 auf 128 ändert, springt die Ausgabe um eine Stufe. Mehr Bits bedeuten feinere Auflösung: Ein 16-Bit-DAU kann über denselben 5-Volt-Bereich auf etwa 76 Mikrovolt auflösen.

Echte Dequantisierung führt immer zu Quantisierungsfehlern, der Abweichung zwischen dem rekonstruierten Signal und dem wahren Original. Dieser Fehler tritt als unerwünschtes Rauschen auf, besonders schlimm bei niedrigen Signalpegeln. Um ihn zu minimieren, nutzen Designs häufig Überabtastung, dequantisieren mit einer Rate, die um ein Vielfaches höher ist als nötig, und filtern dann den überschüssigen Hochfrequenzinhalt heraus. Dies verschiebt das Quantisierungsrauschen weg vom Audio- oder Messfrequenzbereich, vergräbt es sozusagen dort, wo es weniger stört.

Anwendung und Artefakte

In der Audiotechnik muss die Dequantisierung von Compact-Disc-Daten (16-Bit, 44,1 kHz Messwerte) eine kontinuierliche Druckwelle aus etwa 44.000 diskreten Schnappschüssen pro Sekunde rekonstruieren. Professionelle Audiosysteme verwenden oft 24-Bit-DAUs für höhere Präzision. In der Industriemesstechnik dequantisiert eine 12-Bit- oder 16-Bit-Analogausgangskarte gespeicherte oder berechnete digitale Werte, damit Analogregelschleifen die Motorgeschwindigkeit, Ventilposition oder Heizerstrom als Reaktion auf Sensorrückmeldung modulieren können.

Dequantisierungsfehler werden hörbar oder messbar, wenn die digitale Wortlänge für den Dynamikbereich der Anwendung zu kurz ist. Umgekehrt verschwendet die Verwendung von mehr Bits als nötig Siliziumfläche und Leistung. Der Begriff selbst stammt aus der Informationstheorie: Quantisieren bedeutet, einen kontinuierlichen Bereich auf diskrete Symbole abzubilden; Dequantisieren kehrt diese Abbildung um, obwohl eine perfekte Wiederherstellung unmöglich ist, sobald Informationen verworfen wurden.