量化

量化(Quantization)是将连续随机变量转换为离散随机变量的过程,是连接连续信息论与离散信息论的桥梁。对连续随机变量 X,将其取值空间划分为若干区间,每个区间用一个代表值(通常是该区间的中点或质心)替代,从而得到离散随机变量 Q(X)。

量化的核心问题在于:给定量化级数 N,如何选择划分区间和代表值以最小化量化误差。信息论视角下,量化精度与微分熵之间存在紧密联系——量化后的离散熵近似等于微分熵减去量化精度的对数:,其中 为量化步长。当 趋近于零时,量化后的熵趋近于微分熵加上一个发散的项,这反映了连续变量需要无限精度才能被完整描述的事实。

在率失真理论中,量化是信源编码的基本手段。均匀量化器在输入分布均匀时最优,而非均匀量化器(如基于Lloyd-Max算法的量化器)可以根据输入分布自适应地调整区间宽度——在概率密度高的区域使用更细的量化步长,在概率密度低的区域使用更粗的步长,从而在给定比特率下获得更低的失真。

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