Rozdiel medzi analógovým a digitálnym signálom. Digitálny a analógový signál

31.08.2019

Analógový signál je funkciou spojitého argumentu (času). Ak je graf periodicky prerušovaný, ako sa to deje napríklad v sekvencii impulzov, už hovoria o určitej diskrétnosti zhluku.

História vzhľadu termínu

Počítačové inžinierstvo

Ak si to pozorne prečítate, nikde nie je napísané, odkiaľ pochádza definícia - analóg. Na Západe tento výraz používajú počítačoví profesionáli od štyridsiatych rokov. Počas druhej svetovej vojny sa objavili prvé počítačové systémy, nazývané digitálne. A aby sme to rozlíšili, museli prísť s novými epitetami.

Koncept analógu vstúpil do sveta domácich spotrebičov až začiatkom 80-tych rokov, keď vyšli prvé procesory Intel a svet sa hral s hračkami na ZX-Spectrum, emulátor pre zariadenia dnes možno získať na internete. Hra si vyžadovala mimoriadnu vytrvalosť, zručnosť a výbornú reakciu. Spolu s deťmi zbierali krabice a porazili nepriateľských mimozemšťanov a dospelých. Moderné hry sú oveľa horšie ako prvé vtáky, ktoré na chvíľu zaujali mysle hráčov.

Nahrávanie zvuku a telefonovanie

Začiatkom 80. rokov sa začala objavovať popová hudba v elektronickom spracovaní. Hudobný telegraf bol predstavený verejnosti v roku 1876, ale nezískal uznanie. Populárna hudba sa publiku páči v tom najširšom zmysle slova. Telegraf dokázal vydať jedinú notu, preniesť ju na diaľku, kde ju reprodukoval reproduktor špeciálnej konštrukcie. Hoci Beatles pri tvorbe seržanta Peppera použili elektronický organ, syntetizátor sa začal používať koncom 70. rokov. Skutočne populárny a digitálny nástroj sa stal už v polovici 80. rokov: spomeňme si na Modern Talking. Predtým používané syntetizátory na analógových obvodoch, počnúc Novachordom v roku 1939.

Bežný občan teda nemusel rozlišovať medzi analógovými a digitálnymi technológiami, kým sa tieto nezačali používať. Slovo analóg je vo verejnej doméne od začiatku 80. rokov minulého storočia. Pokiaľ ide o pôvod termínu, tradične sa verí, že indikátor bol vypožičaný z telefónie, neskôr sa presunul na záznam zvuku. Analógové vibrácie sa privádzajú priamo do reproduktora a hlas je okamžite počuť. Signál je podobný ľudskej reči a stáva sa elektrickým analógom.

Ak do reproduktora privediete digitálny signál, ozve sa neopísateľná kakofónia nôt rôznych kláves. Túto „reč“ pozná každý, kto si nahral programy a hry z magnetickej pásky do pamäte počítača. Neznie to ako človek, pretože je to digitálne. Pokiaľ ide o diskrétny signál, v najjednoduchších systémoch je privádzaný priamo do reproduktora, ktorý slúži ako integrátor. Úspech alebo neúspech podniku závisí výlučne od správnych parametrov.

Zároveň tento pojem figuroval v zázname zvuku, kde hudba a hlas išli priamo z mikrofónu na kazetu. Magnetický záznam sa stal analógom skutočných umelcov. Vinylové platne sú ako hudobníci a stále sa považujú za najlepšie médium pre akúkoľvek skladbu. Aj keď vykazujú obmedzenú životnosť. CD disky v súčasnosti často obsahujú digitálny zvuk, ktorý je možné dekódovať pomocou dekodéra. Podľa Wikipédie sa v roku 1975 začala nová éra (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Elektrické merania

V analógovom signáli existuje úmernosť medzi napätím alebo prúdom a odozvou na reprodukčnom zariadení. Termín sa potom bude považovať za odvodený od gréckeho analóga. Čo znamená proporcionálne. Porovnanie je však podobné vyššie uvedenému: signál je podobný hlasu reprodukovanému reproduktormi.

Okrem toho sa v technike používa na označenie analógových signálov ďalší termín - spojitý. Čo zodpovedá vyššie uvedenej definícii.

všeobecné informácie

Energia signálu

Ako vyplýva z definície, analógový signál má nekonečnú energiu, ktorá nie je časovo obmedzená. Preto sú jeho parametre spriemerované. Napríklad 220 voltov prítomných na výstupe sa z tohto dôvodu nazýva rms. Preto sa používajú efektívne (spriemerované za určitý interval) hodnoty. Už je jasné, že v zásuvke je analógový signál 50 Hz.

Pokiaľ ide o diskrétnosť, používajú sa konečné hodnoty. Napríklad pri kúpe paralyzéra sa musíte uistiť, že energia nárazu neprekročí určitú hodnotu meranú v jouloch. V opačnom prípade nastanú problémy s používaním alebo počas kontroly. Keďže paralyzér od určitej energetickej hodnoty používajú iba špeciálne sily so stanoveným horným limitom. Iné sú v zásade nezákonné a pri použití môžu byť smrteľné.

Energia impulzu sa zistí vynásobením prúdu a napätia dobou trvania. A to ukazuje konečnosť parametra pre diskrétne signály. V technike existujú aj digitálne sekvencie. Od diskrétneho digitálneho signálu sa líši pevne nastavenými parametrami:

Trvanie.
Amplitúda.
Prítomnosť dvoch špecifikovaných stavov: 0 a 1.
Strojové bity 0 a 1 sa pridajú k vopred dohodnutým a účastníkom zrozumiteľným slovám (jazyk zostavy).

Vzájomná konverzia signálu

Ďalšou definíciou analógového signálu je jeho zjavná náhodnosť, absencia viditeľných pravidiel alebo podobnosť s niektorými prírodnými procesmi. Napríklad sínusoida môže opísať rotáciu Zeme okolo Slnka. Toto je analógový signál. V teórii obvodov a signálov je sínusoida reprezentovaná vektorom rotujúcej amplitúdy. A fáza prúdu a napätia je odlišná - to sú dva rôzne vektory, ktoré spôsobujú reaktívne procesy. Čo sa pozoruje v induktoroch a kondenzátoroch.

Z definície vyplýva, že analógový signál sa dá ľahko previesť na diskrétny. Akýkoľvek spínaný zdroj rozdelí vstupné napätie zo zásuvky do zväzkov. Preto sa zaoberá konverziou analógového signálu s frekvenciou 50 Hz na diskrétne ultrazvukové impulzy. Zmenou rezných parametrov zdroj prispôsobuje výstupné hodnoty požiadavkám elektrickej záťaže.

Opačný proces prebieha vo vnútri prijímača rádiových vĺn s amplitúdovým detektorom. Po usmernení signálu sa na diódach vytvárajú impulzy rôznych amplitúd. Informácie sú vložené do obálky takéhoto signálu, pričom čiara spája vrchnú časť správy. Filter je zodpovedný za konverziu diskrétnych impulzov na analógovú hodnotu. Princíp je založený na integrácii energie: počas obdobia prítomnosti napätia sa náboj kondenzátora zvyšuje, potom sa v intervale medzi špičkami generuje prúd v dôsledku predtým nahromadenej zásoby elektrónov. Výsledná vlna sa privádza do basového zosilňovača, neskôr do reproduktorov, kde výsledok počujú ostatní.

Digitálny signál je zakódovaný inak. Tam je amplitúda impulzu vložená do strojového slova. Pozostáva z jednotiek a núl, je potrebné dekódovanie. O obsluhu sa starajú elektronické zariadenia: grafický adaptér, softvérové produkty. Všetci si stiahli kodeky K-Lite z internetu, toto je tento prípad. Ovládač je zodpovedný za dekódovanie digitálneho signálu a jeho konverziu na výstup do reproduktorov a displeja.

Netreba sa ponáhľať do zmätku, keď sa adaptér nazýva 3-D akcelerátor a naopak. Prvý iba transformuje dodávaný signál. Napríklad za digitálnym vstupom DVI je vždy adaptér. Zaoberá sa iba prevodom čísel z jednotiek a núl na zobrazenie na obrazovke. Získava informácie o jase a hodnotách pixelov RGB. Pokiaľ ide o 3D urýchľovač, zariadenie v kompozícii má právo (ale nevyžaduje sa) obsahovať adaptér, ale hlavnou úlohou sú zložité výpočty na vytváranie trojrozmerných obrázkov. Táto technika vám umožňuje vyložiť centrálny procesor a urýchliť prácu osobného počítača.

Z analógového na digitálny sa signál prevádza na ADC. To sa deje v softvéri alebo vo vnútri mikroobvodu. Samostatné systémy kombinujú obe metódy. Postup začína odberom vzoriek, ktoré sa hodia do špecifikovanej oblasti. Každé, ktoré je transformované, sa stáva strojovým slovom obsahujúcim vypočítanú číslicu. Potom sú vzorky zabalené do balíkov, je možné ich poslať iným predplatiteľom komplexného systému.

Vzorkovacie pravidlá sú normalizované Kotelnikovovou vetou, ktorá ukazuje maximálnu vzorkovaciu frekvenciu. Odpočítavanie je zakázané častejšie, pretože dochádza k strate informácií. Zjednodušene povedané, šesťnásobný prebytok vzorkovacej frekvencie nad hornou hranicou spektra signálu sa považuje za dostatočný. Viac zásob sa považuje za ďalšiu výhodu na zabezpečenie dobrej kvality. Ktokoľvek videl indikáciu vzorkovacej frekvencie zvukového záznamu. Zvyčajne je parameter vyšší ako 44 kHz. Dôvodom sú zvláštnosti ľudského sluchu: horná hranica spektra je 10 kHz. Preto je vzorkovacia frekvencia 44 kHz dostatočná na priemernú reprodukciu zvuku.

Rozdiel medzi diskrétnym a digitálnym signálom

Napokon, človek z vonkajšieho sveta zvyčajne vníma analógové informácie. Ak oko vidí blikajúce svetlo, periférne videnie zachytí okolitú krajinu. V dôsledku toho sa konečný efekt nezdá byť diskrétny. Samozrejme, je možné pokúsiť sa vytvoriť iné vnímanie, ale je to ťažké a ukáže sa to ako úplne umelé. To je základ pre použitie Morseovej abecedy, ktorá pozostáva z bodiek a pomlčiek, ktoré sú na pozadí hluku ľahko rozlíšiteľné. Samostatné ťahy telegrafného kľúča je ťažké zameniť s prirodzenými signálmi, a to aj v prípade silného šumu.

Podobne boli v odbore zavedené digitálne linky na elimináciu rušenia. Každý milovník videa sa snaží dostať do rúk zakódovanú kópiu filmu v najvyššom rozlíšení. Digitálne informácie možno prenášať na veľké vzdialenosti bez najmenšieho skreslenia. Asistentmi sa stávajú pravidlá známe na oboch stranách pre tvorbu vopred dohodnutých slov. Niekedy sú do digitálneho signálu vložené nadbytočné informácie, čo umožňuje opraviť alebo zaznamenať chyby. Tým sa eliminuje nesprávne vnímanie.

Pulzné signály

Presnejšie povedané, diskrétne signály sú nastavené počtami v určitých časových bodoch. Je jasné, že takáto postupnosť v skutočnosti nevzniká, pretože predok a spád majú konečnú dĺžku. Impulz sa neprenáša okamžite. Preto sa spektrum sekvencie nepovažuje za diskrétne. To znamená, že signál sa tak nedá nazvať. V praxi sa rozlišujú dve triedy:

Analógové impulzné signály - ktorých spektrum je nájdené Fourierovou transformáciou, teda spojité, aspoň v niektorých oblastiach. Výsledok pôsobenia napätia alebo prúdu na obvod sa nachádza v konvolučnej operácii.
Diskrétne impulzné signály tiež vykazujú diskrétne spektrum, operácie s nimi sa vykonávajú prostredníctvom diskrétnych Fourierových transformácií. Preto sa uplatňuje aj diskrétna konvolúcia.

Tieto objasnenia sú dôležité pre literalistov, ktorí čítali, že impulzné signály sú analógové. Diskrétne boli pomenované podľa vlastností spektra. Na odlíšenie sa používa výraz analóg. Epiteton spojitý je použiteľný, ako už bolo uvedené vyššie, a v súvislosti so zvláštnosťami spektra.

Objasnenie: iba spektrum nekonečnej sekvencie impulzov sa považuje za prísne diskrétne. Pre balík sú harmonické zložky vždy vágne. Takéto spektrum sa podobá sekvencii amplitúdovo modulovaných impulzov.

Dnes sa pokúsime zistiť, čo sú analógové a digitálne signály? Ich výhody a nevýhody. Nebudeme hádzať rôzne vedecké termíny a definície, ale pokúsime sa zistiť situáciu na našich prstoch.

Čo je analógový signál?

Analógový signál je založený na analógii elektrického signálu (hodnoty prúdu a napätia) k hodnote pôvodného signálu (farba pixelov, frekvencia a amplitúda zvuku atď.). Tie. určité hodnoty prúdu a napätia zodpovedajú prenosu určitej farby pixelu alebo zvukového signálu.

Uvediem príklad na analógovom video signále.

Napätie na drôte 5 voltov zodpovedá modrej, 6 voltov zelenej, 7 voltov červenej.

Aby sa na obrazovke objavili červené, modré a zelené pruhy, musíte na kábel striedavo aplikovať 5, 6, 7 voltov. Čím rýchlejšie meníme napätia, tým tenšie sú pásiky na monitore. Skrátením intervalu medzi zmenami napätia na minimum už nezískame pruhy, ale striedanie farebných bodiek jeden po druhom.

Dôležitou vlastnosťou analógového signálu je skutočnosť, že sa prenáša striktne z vysielača do prijímača (napríklad z antény do televízora), neexistuje žiadna spätná väzba. Ak teda rušenie ruší prenos signálu (napríklad namiesto šiestich voltov prídu štyri), farba pixelu sa skreslí a na obrazovke sa objavia vlnky.
Analógový signál je nepretržitý.
Čo je digitálny signál?

Prenos údajov sa tiež vykonáva pomocou elektrického signálu, ale hodnoty týchto signálov sú iba dve a zodpovedajú 0 a 1. To znamená, cez vodiče sa prenáša sekvencia núl a jednotiek. Niečo ako toto: 01010001001 atď. Aby sa prijímacie zariadenie (napríklad televízor) v prenášaných dátach nezamieňalo, číslice sa prenášajú v dávkach. Znie asi takto: 10100010 10101010 10100000 10111110. Každý takýto balíček nesie nejaké informácie, napríklad farbu pixelu. Dôležitou vlastnosťou digitálneho signálu je, že vysielacie a prijímacie zariadenia môžu medzi sebou komunikovať a jednu po druhej opravovať chyby, ktoré sa môžu vyskytnúť počas prenosu.

Príklady digitálneho a analógového prenosu signálu

Pre digitálny signál prebieha prenos približne takto:

Rušenie: AAAAAAAAAAAAAA!
TV: Ktorý? Nepočujem!
VCR: Zelená!
TV: Áno, rozumiem! kreslím zelenú.
TV: Potvrďte, že farba je červená.
VCR: Potvrdzujem.
TV: Dobre! Kreslím.

Prenos analógového signálu:

Videorekordér: Hej, TV, farba pixelu so súradnicami 120x300 je zelená.
Rušenie: AAAAAAAAAAAAAA!
TV: Ktorý? Nepočujem! Sakra, nakreslím modrú.
VCR: Ďalšia farba je červená!
Rušenie: BUM! BUM!
TV: Červená, tak nejako! Kreslím.
VCR: Lopata!
Rušenie: PShShShShSh!
Televízia: ?!. Potrebujete niečo nakresliť?! Nech je lopata!

Výhody a nevýhody digitálnych a analógových signálov

Z vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že ak sú všetky ostatné veci rovnaké, kvalita prenosu informácií pomocou číslice bude vyššia ako pri reprezentácii analógového signálu. Zároveň s dobrou odolnosťou proti hluku môžu tieto dve technológie súťažiť za rovnakých podmienok.

Akýkoľvek signál, či už analógový alebo digitálny, je elektromagnetická vlna šíriaca sa pri určitej frekvencii. V závislosti od toho, aký signál sa šíri, zariadenie prijímajúce tento signál určí, ktorý obraz sa zobrazí na obrazovke, respektíve so zvukom.

Napríklad televízna veža alebo rozhlasová stanica môže prenášať analógové aj digitálne signály. Zvuk sa prenáša v analógovej forme a už cez prijímacie zariadenie sa premieňa na elektromagnetické vlny. Ako už bolo spomenuté, vibrácie sa šíria pri určitej frekvencii. Čím vyššia je frekvencia zvuku, tým vyššie sú vibrácie, výsledkom čoho je, že na výstupe dostaneme hlasnejšie znejúci hlas.

Vo všeobecnosti sa analógový signál šíri nepretržite, zatiaľ čo digitálny signál sa šíri diskrétne (nespojite), t.j. amplitúda oscilácií nadobúda určité hodnoty za jednotku času.

Ak budeme pokračovať v príklade audio analógového signálu, dostaneme proces, pri ktorom sa elektromagnetické vlny šíria pomocou vysielača (antény). Pretože k šíreniu analógového signálu dochádza neustále, potom sa oscilácie sčítajú a na výstupe sa objaví nosná frekvencia, ktorá je hlavná, t.j. prijímač je naň naladený.

V samotnom prijímači je táto frekvencia oddelená od ostatných vibrácií, ktoré sa premieňajú na zvuk.

Nevýhody prenosu informácií pomocou analógového signálu sú zrejmé:

Dochádza k veľkému rušeniu;
Prenáša sa viac nepotrebných informácií;
Bezpečnosť prenosu signálu

Ak je v rozhlasovom vysielaní prenos informácií pomocou analógového signálu menej viditeľný, potom v televízii je otázka prechodu na digitálny prenos mimoriadne dôležitá.

Hlavné výhody digitálneho signálu oproti analógovému sú:

Vyššia úroveň ochrany. Bezpečnosť prenosu digitálneho signálu je založená na skutočnosti, že „číslica“ sa prenáša v zašifrovanej forme;
Jednoduchosť príjmu signálu. Digitálny signál je možné prijímať z akejkoľvek vzdialenosti od bydliska;
Digitálne vysielanie je schopné poskytovať obrovské množstvo kanálov. Práve táto príležitosť poskytuje fanúšikom digitálnej televízie veľké množstvo televíznych kanálov na sledovanie filmov a programov;
Kvalita prenosu je o niekoľko rádov vyššia ako pri analógovom vysielaní. Digitálny signál zabezpečuje filtrovanie prijatých dát a je možné obnoviť aj pôvodné informácie.

Preto sa na konverziu analógového signálu na digitálny a naopak používajú špeciálne zariadenia.

Zariadenie, ktoré konvertuje analógový signál na digitálny signál, sa nazýva analógovo-digitálny prevodník (ADC);
Zariadenie, ktoré konvertuje digitálny signál na analógový signál, sa nazýva digitálno-analógový prevodník (DAC).

V súlade s tým je ADC inštalovaný vo vysielači a DAC je inštalovaný v prijímači a konvertuje diskrétny signál na analógový signál zodpovedajúci hlasu.

Prečo je digitálny signál bezpečnejší?

Prenos digitálneho signálu je šifrovaný a digitálno-analógové zariadenie musí mať dešifrovací kód. ADC môže tiež prenášať digitálnu adresu prijímača. Aj keď je signál zachytený, nebude možné ho úplne dešifrovať kvôli absencii časti kódu. Táto vlastnosť digitálneho prenosu je široko používaná v mobilnej komunikácii.

Hlavným rozdielom medzi analógovým a digitálnym signálom je teda odlišná štruktúra prenášaného signálu. Analógové signály sú nepretržitým prúdom oscilácií s meniacou sa amplitúdou a frekvenciou.

Digitálny signál - diskrétne (prerušované) oscilácie, ktorých hodnoty závisia od prenosového média.

Niekedy majú spotrebitelia otázku, ako sa signál prenáša v televízii.

V televízii musí byť analógový signál pred prenosom signálu v digitálnej forme digitalizovaný. Potom je potrebné zvoliť, v akom médiu bude prenos prebiehať: medený kábel, éter, optický kábel.

Mnohí používatelia sú napríklad presvedčení, že káblová televízia je len digitálny prenos dát. To nie je pravda. Káblová televízia je analógový aj digitálny prenos signálu.

Bežný človek sa nezamýšľa nad povahou signálov, no niekedy je potrebné zamyslieť sa nad rozdielom medzi analógovým a digitálnym vysielaním či formátmi. Štandardne sa analógové technológie považujú za minulosť a čoskoro budú úplne nahradené digitálnymi. Stojí za to vedieť, čoho sa v záujme nových trendov vzdávame.

Analógový signál- dátový signál opísaný spojitými funkciami času, to znamená, že jeho amplitúda oscilácie môže nadobudnúť akékoľvek hodnoty v rámci maxima.

Digitálny signál- dátový signál opísaný diskrétnymi funkciami času, to znamená, že amplitúda kmitov nadobúda iba prísne definované hodnoty.

V praxi to umožňuje povedať, že analógový signál je sprevádzaný veľkým množstvom šumu, zatiaľ čo digitálny signál ho úspešne odfiltruje. Ten je schopný obnoviť pôvodné údaje. Okrem toho súvislý analógový signál často nesie veľa nepotrebných informácií, čo vedie k jeho redundancii – namiesto jedného analógového je možné prenášať niekoľko digitálnych signálov.

Ak hovoríme o televízii a práve táto oblasť znepokojuje väčšinu spotrebiteľov s jej prechodom na „digitálny“, potom možno analógový signál považovať za úplne zastaraný. Zatiaľ však analógové signály prijíma akékoľvek zariadenie na to určené a digitálne si vyžaduje špeciálne. Je pravda, že s rozširovaním "digitálnych" analógových televízorov je čoraz menej a dopyt po nich sa katastrofálne znižuje.

Ďalšou dôležitou charakteristikou signálu je bezpečnosť. V tomto ohľade analóg demonštruje úplnú bezbrannosť voči vplyvom alebo prienikom zvonku. Digitálny je zakódovaný priradením kódu z rádiových impulzov, takže je vylúčené akékoľvek rušenie. Je ťažké prenášať digitálne signály na veľké vzdialenosti, preto sa používa schéma modulácie-demodulácie.

Stránka so závermi

Analógový signál je spojitý, digitálny signál je diskrétny.
Pri prenose analógového signálu je riziko zanesenia kanála šumom vyššie.
Analógový signál je nadbytočný.
Digitálny signál filtruje šum a obnovuje pôvodné dáta.
Digitálny signál sa prenáša šifrovane.
Namiesto jedného analógového signálu je možné odoslať niekoľko digitálnych signálov.