Dither
7 luglio 2018
MB


Una piccola quantità di rumore casuale (bianco) che viene sommata ad un segnale digitalizzato per distruggere la periodicità dell'errore di quantizzazione.

La domanda è: il dithering deve essere sempre usato o va usato solo in certe occasioni?

La risposta più banale è la seguente: dato che quando serve va usato e che quando non serve produce danni limitati tanto vale usarlo sempre. Quindi, una volta verificato che il dithering funziona, lo si usa senza pensarci.

Da un altro punto di vista però, quando il dithering non serve, è inutile e ciò che è inutile è quasi sempre dannoso. Se non serve non si dovrebbe utilizzare.

Allora la domanda cambia: sono più i casi in cui il dither serve o quelli dove il dither non serve? Per ripondere bisognerebbe analizzare statisticamente tutto il materiale registrato e valurtare se applicarlo o no.
Dato che questa operazione prende tempo allora si applica il dither "preventivmente".

C’è modo di sapere, prima di effettua una registrazione, se il dither serve oppure no? Il criterio e la udibilità nelle effettive condizioni d'uso. Se la registrazione è quantizzata a 16 bit, i segnali utili hanno ampiezza modesta ed il rumore di fondo è altrttanto modesto allora il dither non serve. Se la registrazione e fatta a 24 bit il rumore può non essere udibile e il dither ancora unutile.
Se la registrazione e fatta a 32 bit il rumore delle elettroniche è già ampiamente superiore all’eventuale dither. Alla fine il dithering è assolutamente necessario in alcuni casi noti (alcuni di scarso interesse pratico) e quando la quantizzazione conta meno di 24 bit ed è eseguita in ambienti molto silenziosi. Per registrazioni di segnali deboni in ambiente anecoico sicuramente è utile. Comunque, per contrastare il rumore di quantizzazione, il metodo migliore è aumentare il numero di bit della conversione.

Quando si scala un segnale quantizzato a 24 bit a 16 bit il dither è necessario?
Dipende dal segnale. E' evidente che, se si compie questa operazione, non si è molto interessati alla qualità del segnale quindi, sempre per prevenzione, si usa il dithering.

 

Le tecniche di dithering consistono nel sommare al segnale utile una piccola quantità di  rumore casuale per “randomizzare” l’errore di quantizzazione. Questo comporta un miglioramento nella misura della distorsione armonica con i segnali deboli e spettralmente semplici mentre, con segnali quali il segnale musicale, l’effetto è semplicemente quello di peggiorare (poco) il rapporto segnale rumore. Il rumore di quantizzazione è ipotizzato essere non correlato al segnale per semplificare i calcoli. In realtà il rumore di quantizzazione è correlato al segnale e il grado di correlazione è elevato quando il segnale è spettralmente semplice e con periodo pari ad un multiplo della frequenza di campionamento. Tende a scemare con segnali spettralmente più ricchi. Quando la correlazione tra segnale e rumore di quantizzazione è bassa il dithering è inutile.

 

Il dithering, nei lettori CD, è stato introdotto per ottenere migliori risultati nelle misure di distorsione armonica a basso livello di segnale (un trucco per migliorare le misure).

 

Nel trattamento delle immagini digitali il dithering migliora sensibilmente la qualità dell’immagine.

 

 

Ditherinf e risonanza stocastica.

 

Il dithering, come detto, serve sicuramente per ridurre la distorsione armonica nelle misure con segnali deboli.

L’aggiunta di una certa quantità di rumore a segnali deboli (al limite della soglia di percezione) ne aumenta la probabilità di essere percepiti.

Questo però è un fenomeno diverso che riguarda esclusivamente i segnali deboli e non può essere applicato all’ascolto della musica riprodotta dove l’isteresi del guadagno cocleare innalza la soglia di percezione.