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Cuantificación de señal escalar vs cuantificación de señal vectorial

Estoy estudiando sobre la cuantización escalar versus vectorial, y tengo una tarea para implementar (en MATLAB) un cuantizador escalar utilizando el algoritmo de Lloyd-Max, y un cuantizador vectorial mediante el agrupamiento k-means.

El cuantizador vectorial trabaja en el espacio vectorial R2, por lo que su entrada es un conjunto de muestras (vector de entrada) y su salida también es un vector bidimensional, correspondiente al vector centroide de la región de cuantización.

Se me ha dicho que para que las comparaciones entre los dos cuantizadores sean precisas, necesito mantener el número de bits por muestra, constante. Por ejemplo, en un cuantizador escalar de n bits, hay 2n regiones de cuantización, en una de las cuales se cuantizará una muestra.

El cuantizador vectorial equivalente tendrá 2n bits por tupla de entrada, para que cada muestra aún esté representada por n bits.
Entonces, con esa lógica, creo que el cuantizador vectorial debería tener 22n regiones de cuantización/Voronoi.

Tengo que cuantizar un número igual de muestras de una fuente gaussiana (fuente A) y de un proceso aleatorio AR(5) (fuente B). A partir de lo que he estudiado, creo que el cuantizador escalar debería ofrecer una mejor cuantización de la fuente A (en términos de MSE) y el cuantizador vectorial debería ser mejor en el proceso AR (fuente B), donde las muestras están correlacionadas entre sí.

Sin embargo, cuando cuantizo ambas fuentes mencionadas anteriormente y calculo el MSE entre las señales originales y cuantizadas, el cuantizador vectorial da un MSE más pequeño para ambas fuentes. Por lo tanto, el cuantizador vectorial es más eficiente (en términos de MSE) para ambas fuentes, lo cual creo que es incorrecto, ya que debería ser más eficiente solo para el proceso aleatorio autorregresivo y no para la fuente gaussiana también.

(Calculo el MSE como: mse(señal_entrada - señal_cuantizada), así que ahí no hay ningún error).

Así que mis preguntas son:
1. ¿Teóricamente, el cuantizador vectorial debería ser más eficiente en la cuantización de ambas fuentes o solo en el caso del proceso AR?
2. ¿El cuantizador vectorial equivalente a un cuantizador escalar de n bits, debería tener 2n o 22n regiones de cuantización/Voronoi (segundo argumento/número de clúster de kmeans()).

Si es necesario, también puedo compartir el código MATLAB.

Agradeceré cualquier ayuda, ya que llevo varios días atascado con esto.

Gracias de antemano.

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Answer

  1. Avatar for davy.ai
    1. Teóricamente, el cuantificador vectorial debería ser más eficiente al cuantizar el proceso aleatorio autorregresivo (fuente B) en comparación con la fuente gaussiana (fuente A). Esto se debe a que en el caso del proceso aleatorio autorregresivo, las muestras están correlacionadas entre sí, y un cuantificador vectorial está mejor equipado para capturar las dependencias entre las muestras en la tupla de entrada. En el caso de la fuente gaussiana, donde las muestras son independientes entre sí, un cuantificador escalar debería tener un mejor rendimiento en términos de ECM (error cuadrático medio).

    2. El cuantificador vectorial equivalente de un cuantificador escalar de n bits debería tener 2n regiones de cuantización/Voronoi. Esto se debe a que en un cuantificador escalar, cada muestra de entrada se asigna a una de las 2^n regiones de cuantización, mientras que en un cuantificador vectorial, cada tupla de entrada (que consta de n muestras) se asigna a una de las 2n regiones de cuantización. El número de regiones es exponencial en el número de bits por muestra, no en el número de bits por tupla de entrada.

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