抖动 (数字信号处理)

抖动（数字信号处理）是一种有意应用的噪声形式，用于随机化量化误差，防止图像中出现色带等大规模图案。 抖动（数字信号处理）通常用于处理数字音频和视频数据，并且通常是将音频母版制作成 CD 的最后阶段之一。

抖动的一个常见用途是将灰度图像转换为黑白图像，使得新图像中黑点的密度接近原始图像中的平均灰度级。

这些计算机（装满数百个齿轮和齿轮的盒子）在飞机上飞行时表现更准确，而在地面上则表现不佳。 工程师们意识到飞机的振动减少了粘性运动部件的误差。 他们不是在短暂的抽搐中移动，而是更连续地移动。 小型振动电机内置于计算机中，它们的振动被称为抖动，源自中古英语动词 didderen，意思是颤抖。 今天，当您敲击机械仪表以提高其准确性时，您就是在应用抖动，而现代词典将抖动定义为高度紧张、困惑或激动的状态。 在微量条件下，抖动成功地使数字化系统在这个词的良好意义上更加模拟。

抖动（数字信号处理）被用于许多使用数字处理和分析的不同领域。 这些用途包括使用数字信号处理的系统，例如数字音频、数字视频、数字摄影、地震学、雷达和天气预报系统。

量化产生误差。 如果该误差与信号相关，则结果可能是周期性的或可预测的。 在某些领域，尤其是在受体对此类伪影敏感的领域中，循环错误会产生不良伪影。 在这些领域中，引入抖动将误差转换为随机噪声。 音频领域是这方面的一个主要例子。 人耳的功能很像傅里叶变换，它可以听到单独的频率。 因此，人耳对失真或额外的频率成分非常敏感，但对所有频率的额外随机噪声（例如在抖动信号中发现的）的敏感度要低得多。

在模拟系统中，信号是连续的，但在 PCM 数字系统中，数字系统输出的信号幅度被限制为一组固定值或数字中的一个。 这个过程称为量化。 每个编码值都是一个离散的步骤...如果在不使用抖动的情况下对信号进行量化，则会出现与原始输入信号相关的量化失真......为了防止这种情况发生，信号会被抖动，这个过程从数学上去除了 完全消除谐波或其他非常不受欢迎的失真，并用恒定的固定噪声电平代替它。

进入光盘的音频最终版本每个样本仅包含 16 位，但在整个制作过程中，通常使用更多的位来表示样本，这必须减少到 16 位才能制作 CD。

有多种方法可以做到这一点。 例如，可以简单地丢弃多余的位——称为截断。 还可以将多余的位四舍五入为最接近的值。 然而，这些方法中的每一种都会导致结果中出现可预测和可确定的错误。 使用抖动可将这些误差替换为恒定的固定噪声水平。

6 位截断示例音频样本 16 位正弦波

截断为 6 位

抖动到 6 位

0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4

如果截断这些值，则会产生以下数据：

0 1 2 3 4 4 5 6

如果对这些值进行四舍五入，则会产生以下数据：

1 2 2 3 4 5 6 6

对于任何原始波形，将波形幅度降低 20% 的过程都会导致常规误差。 以正弦波为例，它的某些部分与上述值匹配。