Który z wymienionych procesów typowo przeprowadza się w celu redukcji szumu kwantyzacji po przetworzeniu sygnału analogowego do postaci cyfrowej?
Dithering to naprawdę sprytna technika, która jest szeroko wykorzystywana w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, szczególnie jeśli chodzi o konwersję sygnału analogowego na cyfrowy. Moim zdaniem to taka trochę niedoceniana sztuczka, bo często myśli się, że skoro coś jest cyfrowe, to już nie ma szumu. Niestety, szum kwantyzacji pojawia się zawsze tam, gdzie zamieniamy sygnał analogowy o praktycznie nieskończonej liczbie poziomów na skończoną liczbę wartości cyfrowych. Dithering polega na celowym dodaniu niewielkiego losowego szumu jeszcze przed kwantyzacją. To może brzmieć jak dziwne podejście – przecież chcemy się pozbyć szumu, a tu go dodajemy! Ale właśnie dzięki temu zamiast irytujących zniekształceń kwantyzacyjnych (takich jak trzeszczenie w cichych fragmentach nagrania), dostajemy szum, który jest równomiernie rozłożony i dużo mniej uciążliwy dla ucha czy analizy technicznej. W audio standardem jest stosowanie ditheringu np. przy zgrywaniu płyt CD (16 bitów), ale też stosuje się to w obrazie cyfrowym, np. w starych drukarkach czy monitorach, gdzie liczba kolorów jest ograniczona. W praktyce, jeśli komuś zależy na wysokiej jakości sygnału – zwłaszcza przy masteringu muzyki, archiwizacji nagrań albo w pomiarach naukowych – dithering jest właśnie tą dobrą praktyką, która może zrobić różnicę. Z mojego doświadczenia, nawet w prostych projektach DIY audio, kiedy pominie się dithering, efekt końcowy bywa po prostu gorszy niż mógłby być. Także warto mieć tę technikę w swoim „arsenale” inżyniera.
Dużo osób zakłada, że takie procesy jak kompresja, próbkowanie czy normalizacja pomagają w redukcji szumu kwantyzacji, ale to trochę mylące podejście. Kompresja – niezależnie czy chodzi o kompresję dynamiczną w dźwięku czy kompresję danych – skupia się na redukowaniu rozpiętości głośności albo objętości plików, a nie na jakości sygnału pod względem szumu kwantyzacji. Próbkowanie z kolei odnosi się do pobierania wartości sygnału w określonych odstępach czasu i jest fundamentem całego procesu cyfryzacji, ale sam wybór częstotliwości próbkowania nie rozwiązuje problemu kwantyzacji – on co najwyżej wpływa na pasmo przenoszenia i aliasing. Normalizacja natomiast to operacja na gotowym sygnale cyfrowym, która polega na podbiciu lub ściszeniu całego nagrania, żeby maksymalny poziom był zbliżony do granicy systemu – to zabieg czysto kosmetyczny, wpływający na głośność, ale nie usuwający żadnych szumów czy artefaktów kwantyzacji. W praktyce, jeśli ktoś chce się pozbyć efektów kwantyzacji, z mojego doświadczenia dobrym wyborem jest dithering, a nie powyższe techniki. Często myli się, że większa liczba bitów albo większa częstotliwość próbkowania rozwiąże wszystko – to częściowo prawda, ale nawet wtedy bez ditheringu można usłyszeć lub zobaczyć nieprzyjemne zniekształcenia, zwłaszcza w cichych fragmentach nagrania czy w bardzo jasnych/przyciemnionych obszarach obrazu. Moim zdaniem, dopiero zrozumienie zjawiska kwantyzacji i roli ditheringu daje pełną kontrolę nad jakością cyfrowych sygnałów. Warto pamiętać, że różne procesy mają różne zastosowania – i tylko niektóre rzeczywiście wpływają na szum kwantyzacji.