Introducción al Dither (Parte I)

Published On Oct-05-2017

Transcripción

La correcta aplicación de dither a un cuantizador es el proceso llamado dithering y es determinante para el correcto funcionamiento de los convertidores A-D/D-A. De lo contrario, la señal convertida sufrirá una distorsión irreversible. Podemos visualizar el dither como un ruido aleatorio de amplitud baja.

Cuando el nivel de la señal de entrada es alto, el efecto del error de cuantización es ruido. A medida que la señal de audio utiliza una menor porción del rango de cuantización, el error de cuantización se vuelve más similar a la distorsión que al ruido. El objetivo principal del dither consiste en romper la correlación entre la señal de entrada y el error de cuantización, de manera que el sistema mantenga un comportamiento lineal, sin distorsión, aunque con ruido. Para este fin, el dither hace que la acción del cuantizador sea impredecible, aleatoria y tenga un noise floor similar al de un sistema analógico.

El primer uso documentado del dither fue llevado a cabo por Lawrence Roberts en la codificación de imágenes. Se trató de la aplicación de ruido pseudo-aleatorio con una probabilidad rectangular y amplitud de pico a pico equivalente a Q. Este ruido se agregó a la señal de entrada antes de la cuantización y restada luego de la conversión de digital a analógico. Es por esto que recibe el nombre de dither substractivo.

La principal ventaja del dither substractivo es que la amplitud del dither no es relevante, ya que será eliminado posteriormente. Además, el ruido es independiente de la señal y tiene la misma amplitud que el error de cuantización en una señal de amplitud alta sin dither.

Sin embargo, el dither substractivo tiene una importante limitación, la cual impide que se aplique este método en los convertidores reales. Para que el dither pueda ser restado luego de la conversión D-A, su forma de onda debe ser almacenada junto con las muestras de audio, o bien, debe ser reproducida exactamente en la conversión D-A. Esto resulta casi imposible en cualquier caso en el que la señal de audio haya sido editada o procesada de cualquier manera, ya que el ruido debe mantener la sincronía con la señal de audio y recibir el mismo procesamiento.

Por esta razón, todos los sistemas de audio digital utilizan métodos no sustractivos de dither, en los que el dither se aplica antes de la cuantización y no se remueve posteriormente en la conversión digital-analógico. Esto implica una ligera reducción del SNR del sistema, lo cual se considera un precio módico a pagar, a cambio de la eliminación de las características no lineales que producirían distorsión.

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