Kompandierungskennlinie

Nichtlineare Quantisierungskennlinien werden zur nichtlinearen Digitalisierung von Audio- und Videosignalen verwendet um diese zu komprimieren. Das menschliche Gehör nimmt Unterschiede bei leisen Signalen stärker wahr als bei lauten. Bei linearer Quantisierung würden sich Rauschen oder Quantisierungsfehler daher stärker bei kleinen Signalpegeln bemerkbar machen. Die logarithmische Quantisierung strebt somit ein Signal-Rausch-Verhältnis (engl. SNR) an, welches über einen weiten Dynamikbereich eines Audiosignals konstant ist.

Auch die digitale Videotechnik verwendet nichtlineare Quantisierungskennlinien.

Die Zahl der Stufen, mit denen das analoge Signal quantisiert und kodiert wird, bestimmt die Amplitudenauflösung der Digitalisierung. Eine 8-Bit-Auflösung, wie sie in Telefonnetzen und in weiten Teilen auch bei der Digitalisierung von Videosignalen üblich ist, entspricht 256-1 Quantisierungsstufen. (Bei der Videotechnik sind die Werte 0 und 255 ausgespart: sie dienen der Digitalisierung der Synchronsignale). Der damit erreichbare Pegelbereich des analogen Signals wird als Systemdynamik bezeichnet. Logarithmische Kennlinien vergrößern die Systemdynamik.

Die Quantisierungskennlinien des A-law- und µ-law-Verfahrens werden in der PCM-Technik der digitalen Telefonnetze verwendet.

Lineare Quantisierungskennlinien werden zur Digitalisierung von hochwertigen Signalen genutzt, wie z.B.: Audio-CD-Format (16Bit), ADAT (16Bit), AES/EBU (16,20 oder 24Bit). Dabei besitzt jede Spannugsstufe über den gesamten Dynamikumfang den gleichen Wert. Da bei diesen Audioquellen die Auflösung von vornherein schon viel größer ist, ist eine Komprimierung (auch Kompandierung genannt) in den "leiseren" Bereichen, also den Bereichen mit geringerer Spannung nicht nötig und auch nur schwer möglich.

16 Bit = 2^16 =    65536 Werte entspricht also    65535 Quantisierungsstufen
24 Bit = 2^24 = 16777216 Werte entspricht also 16777215 Quantisierungsstufen

Ein Line-Pegel aus einem Audiogerät beträgt normalerweise maximal 1,5 V Wechselspannung. Das entspricht einer Spannungsdifferenz (siehe Spitze-Spitze-Wert) von 3 V, welche über den Quantisierungsbereich quantisiert wird. Daraus ergibt sich bei linearer Quantisierung:

 8 Bit: 3 V/255 Stufen      = rund                               0,0118 Volt/Stufe
16 Bit: 3 V/65535 Stufen    = rund 4,58 * 10^-5 V pro Stufe oder 0,0000458 Volt/Stufe  
24 Bit: 3 V/16777215 Stufen = rund 1,79 * 10^-7 V pro Stufe oder 0,000000179 Volt/Stufe

 8 Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20*log10((2^8)-1) =  48 dB
16 Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20*log10((2^16)-1)=  96 dB -> bei 10% des nutzbaren Signals 20log(((2^16)-1)/10)=  76 dB
24 Bit: SNR bei Vollaussteuerung 20*log10((2^24)-1)= 144 dB -> bei 10% des nutzbaren Signals 20log(((2^16)-1)/10)= 124 dB

Siehe auch

• Codec