O que você está perdendo é o significado de "dizimação".
A rigor, "dizimação" é reduzida para 1/10. Ou seja, de 10 reduza para 1.
A "dizimação" usada na amostragem perde o significado estrito. Em vez de 1/10, significa "reduzir em número".
O que isso significa é que você calcula a média de um número de amostras e reduz o número de amostras no mesmo número.
Como exemplo, se você faz amostragens em 1000Hz e em média 4 amostras, mantém apenas a média. No final, você tem apenas 250 amostras por segundo em vez de 1000. Você perdeu a resolução do tempo, mas ganhou um pouco de resolução de tensão.
Para cada fator de 4, você ganha 1 bit. Média e dizimada por 4, e passa da resolução de 10 bits para 11 bits de resolução.
Outro fator de 4 (4 * 4 = 16 no total) leva você de 10 a 12 bits. Outro fator de 4 leva você a 13 bits de resolução.
Mas observe que agora você está superextraindo por um fator de 64. Sua taxa de amostragem efetiva diminui pelo mesmo fator. Usando o exemplo da taxa de amostragem de 1000Hz, você reduz para cerca de 15 amostras efetivas por segundo.
Isso é dizimação, e é quantos ADCs de alto bit obtêm sua alta resolução. Eles amostram em uma taxa alta, média (ou usam um filtro passa-baixo digital) e dizimam.
No extremo, você tem um ADC de um único bit (um comparador simples) que faz uma amostragem excessiva de vários milhões de vezes para fornecer uma profundidade de bits efetiva de 16 bits.
Uma coisa que você precisa ter em mente para que isso funcione é que você precisa de ruído no seu sinal aproximadamente igual ao menor valor que o seu ADC pode medir. Para um ADC de 10 bits usando uma tensão de referência de 5V, seria um ruído de cerca de 5mV pico a pico.
A média do ruído é de onde vêm os ganhos de bits. Imagine que você tenha um sinal (DC) exatamente entre o valor de 512 contagens ADC e 513 contagens ADC. Sem ruído, o valor medido será sempre o mesmo - a média fornecerá o mesmo valor que as amostras.
Adicione ruído ao menor valor mensurável e isso parecerá muito diferente. Embora o sinal em si não mude, os valores medidos "balançarão" em torno do valor real do sinal. A média agora é diferente das amostras, e quanto mais amostras você usar, mais próximo se aproxima do valor real do sinal
Eu usei essa técnica com um Arduino (que usa um processador Atmel com um ADC de 10 bits) para obter uma melhor resolução para algumas medições que eu estava fazendo.
Eu consegui 13 bits, mas achei que precisava de mais. Eu poderia ter optado por outro fator 4, mas isso levaria muito tempo para cada amostra e só me daria mais um pouco.
Os experimentos com superamostragem mostraram que o que eu estava fazendo poderia funcionar (obtive resultados reconhecíveis, mas barulhentos), sem ter que gastar tempo e dinheiro para obter uma CDM melhor. Com a prova de conceito, eu poderia ir em frente e obter esse ADC melhor - e obter essa prova só me custou algumas linhas de código e um pouco de tempo.
Descobri que precisava de pelo menos 16 bits. Isso significaria uma média de 4096 amostras.
Isso é cerca de meio segundo usando a amostragem mais rápida possível com o software Arduino.
Como eu precisava de 14400 medições, a execução completa levaria 2 horas.
Eu não sou tão paciente, e as coisas que eu estava medindo não permaneceriam constantes por tanto tempo. Eu tive que mudar para o uso de um ADC que usa internamente uma taxa de superamostragem muito maior e que fornece amostras de resolução mais alta a uma taxa mais baixa.
Como em muitas outras coisas, dizimação é compromisso que pode lhe proporcionar melhor desempenho em uma direção (profundidade de bits), enquanto custa a performance em outra direção (taxa de amostragem).