Что такое цифровой сигнал

Сигналы по физической среде носителя информации делятся на электрические, оптические, акустические и электромагнитные.

По методу задания сигнал может быть регулярным и нерегулярным. Регулярный сигнал представляется детерминированной функцией времени. Нерегулярный сигнал в радиотехнике представлен хаотической функцией времени и анализируется вероятностным подходом.

Сигналы в зависимости от функции, которая описывает их параметры могут быть аналоговыми и дискретными. Дискретный сигнал, который был подвергнут квантованию называется цифровым сигналом.

Что такое аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал – это любой непрерывный сигнал, для которого изменяющаяся во времени характеристика (переменная) является представлением некоторой другой изменяющейся во времени величины. Иначе говоря, это информация, которая непрерывно изменяется во времени.

В аналоговом звуковом сигнале мгновенное напряжение непрерывно поменяется в зависимости от давления звуковых волн. Он имеет отличия от цифрового сигнала, где перманентная величина представляет собой последовательность дискретных значений. Такая величина может принимать только одно из конечного числа значений.

ЧТО ТАКОЕ АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ [Уроки Ардуино #10]

Термин аналоговый сигнал обычно относится к электрическим сигналам. Тем не менее, механические, гидравлические, пневматические, человеческая речь, а также иные системы могут передавать или рассматриваться как аналоговые сигналы.

Примером аналогового сигнала может служить восприятие человеческим мозгом проезжающего автомобиля. В случае, если бы его положение менялось каждые 5 секунд, аварии было бы не избежать.

Аналоговый тип сигнала непосредственно подвергается воздействию электронных шумов и искажений. Они привносятся каналами связи и операциями обработки сигналов. Они запросто могут ухудшать отношение сигнал/шум (ОСШ). Напротив, цифровые сигналы обладают конечным разрешением. Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму вносит в сигнал низкоуровневый шум квантования.

В цифровой форме сигнал может быть обработан или передан без внесения значительного дополнительного шума или искажений. В аналоговых системах трудно обнаружить, когда случается такое ухудшение. Тем не менее в цифровых системах отклонения и ухудшения могут не только обнаружиться, но и исправляться.

Самым серьёзным минусом аналоговых сигналов по сравнению с цифровой передачей является то, что аналоговый тип сигнала всегда содержит шум. По мере того, как сигнал передается, обрабатывается или копируется, неизбежно наличие шума, который проникает в путь прохождения сигнала.

Будет происходить накопление шума как потери при генерации сигнала, постепенно и необратимо ухудшая отношение сигнал/шум. Это будет до тех пор, пока в крайних случаях сигнал не будет перегружен. Шум может проявляться как «шипение» и интермодуляционные искажения в аудиосигналах или «снег» в видеосигналах. Потери при генерации сигнала необратимы, поскольку нет надежного способа отличить шум от сигнала, отчасти потому, что усиление сигнала для восстановления ослабленных частей сигнала также усиливает шум.

Шумы аналоговых сигналов можно минимизировать благодаря экранированию, надежному подключению и использованию кабелей определенных типов, как коаксиальная или витая пара.

Любой тип информации может передаваться аналоговым сигналом. Нередко такой сигнал является измеренным откликом на изменения физических явлений, таких как звук, свет, температура, давление или положение. Физическая переменная преобразуется в аналоговый сигнал через преобразователь.

К примеру, звук, который падает на диафрагму микрофона, вызывает соответствующие колебания тока. Ток генерируется катушкой в электромагнитном микрофоне. Это также может быть напряжение, которое создаётся конденсаторным микрофоном. Напряжение или ток называются «аналогом» звука.

Что такое цифровой сигнал

Цифровой сигнал – это сигнал, используемый для передачи данных в виде последовательности дискретных (прерывных) значений. Иначе говоря, в любой момент времени он может принимать только одно из конечного числа значений. Это и является одним из отличий от аналогового типа сигнала.

Будет интересно➡ Что такое провод СИП, как расшифровывается, его виды и особенности конструкции

Несложные цифровые сигналы представляют информацию в дискретных полосах аналоговых уровней. Любой уровень в пределах диапазона значений имеет одно и то же информационное состояние. В большинстве цифровых цепей такой сигнал может иметь два возможных значения: двоичное и логическое. Они представлены двумя группами: одна вблизи опорного значения (обычно называется нулевыми вольтами). Другая вблизи напряжения питания.

Они соответствуют двум значениям ноль и один логического домена. Исходя из этого, в любой момент времени двоичный сигнал является одной двоичную цифру (бит). Из-за этой дискретизации относительно небольшие изменения уровней аналогового сигнала могут оставить дискретную огибающую. В результате схема игнорирует измерения состояния сигнала.

Итого цифровые сигналы имеют устойчивость к помехам. Электронный шум, если он не слишком велик, не повлияет на цифровые схемы, тогда как шум всегда в значительной степени ухудшает качество аналоговых сигналов.

Иногда используются цифровые сигналы, которые обладают двумя состояниями (режимами работы). Они имеют название двухзначная логика. Сигналы, которые же могут принимать три возможных состояния, называются трехзначной логикой.

В этой области – это физический сигнал, который претерпевает процесс дискретизации и квантизации (последовательность дискретных значений).

Он также является абстракций, дискретной (прерывной) по времени и амплитуде. Его значение существует только через регулярные интервалы времени, поскольку только значения соответствующего физического сигнала в эти моменты дискретизации имеют значение для дальнейшей цифровой обработки.

Такой сигнал представляет собой последовательность кодов, взятых из конечного набора значений. Он может быть сохранен, обработан или передан физически в виде сигнала импульсной кодовой модуляции (ИКМ).

В цифровой связи он также является физическим сигналом непрерывного времени, чередующийся между дискретным числом сигналов, которые являются потоком битов.

Форма сигнала зависит от схемы передачи. Он может быть схемой линейного кодирования, обеспечивающей передачу в основной полосе частот.

Также может быть представлена в виде схема цифровой модуляции, позволяющая передачу в полосе пропускания по длинным проводам или в ограниченной полосе радиочастот. Такая синусоида с модулированной несущей рассматривается как поток битов, который потом преобразуется в аналоговый сигнал в электронике и компьютерных сетях.

Какие системы связи используют цифровой сигнал а какие аналоговый

Несмотря на архаичность аналоговая технология ещё используется для телефонной и радио связи. Многие проводные сети до сих пор остаются аналоговыми. В основном это традиционные телефонные линии местных операторов. Но, для магистральной передачи данных связи уже повсеместно используют цифровые каналы. Так же аналоговая технология применяется в простых и дешёвых переносных радиостанциях.

Во всех вновь создаваемых системах используют цифровую технологию обработки сигнала. Это оптоволоконные и проводные линии, сигнализация и телеметрия, военная и гражданская промышленная связь. И конечно же на цифровое вещание переходит телевидение. Аналоговый способ передачи данных исчерпал себя. На смену пришла новая высококачественная и защищенная связь.

Передача цифровых сигналов: Различные методы и Основы данных и сигналов

Здравствуйте, уважаемые друзья и ости блога Pribylwm.ru! Что такое цифровой сигнал и как происходит передача цифровых сигналов? Давайте узнаем прямо сейчас!

Цифровой сигнал, периодический или непериодический, представляет собой составной аналоговый сигнал с частотами от нуля до бесконечности. Мы можем передавать цифровой сигнал, используя один из двух разных подходов. Передача в основной полосе частот или широкополосная передача (с использованием модуляции).

Для передачи сигналов, о котрых мы с Вами сегодня будем говорить используются специальные модули. Вот один из них:

Будет интересно➡ Как проверить варистор мультиметром. Исследуем деталь на исправность

1. Передача в основной полосе

Передача в основной полосе означает отправку цифрового сигнала по каналу без изменения цифрового сигнала на аналоговый сигнал. На следующем рисунке показана передача в основной полосе.
Передача цифровых сигналов

Для передачи в основной полосе частот требуется канал нижних частот, канал с шириной полосы, которая начинается с нуля. Это тот случай, если у нас есть выделенный носитель с полосой пропускания, составляющей только один канал. Например, вся полоса пропускания кабеля, соединяющего два компьютера, составляет один канал. В качестве другого примера, мы можем подключить несколько компьютеров к шине, но не позволять общаться более чем двум станциям одновременно.

2. Широкополосная передача (с использованием модуляции)

Широкополосная передача или модуляция означает изменение цифрового сигнала на аналоговый сигнал для передачи. Модуляция позволяет нам использовать полосовой канал – канал с полосой пропускания, которая не начинается с нуля. Этот тип канала более доступен, чем канал нижних частот.

Основы данных и сигналов

Основной функцией физического уровня является перемещение данных в форме электромагнитных сигналов через среду передачи. Независимо от того, могут ли данные представлять собой числовую статистику с другого компьютера, отправлять анимированные изображения с проектной рабочей станции или вызывать звонок в удаленном центре управления, вы работаете с передачей данных по сетевым соединениям.

Чем отличается непрерывный сигнал от дискретного

На первый взгляд отличия в сигналах можно не различить. Оба передаются в виде электрических импульсов по проводам или электромагнитными волнами в эфире. Преобразовываются в звук и изображение, выводятся на динамики и экран. Но разница существенна. Отличие аналогового сигнала от цифрового обусловлено особенностями обработки и передачи данных.

Аналоговые данные не кодируются и не шифруются, просто отображаются в электрические или электромагнитные импульсы. Приёмник преобразовывает импульсы в полном соответствии с полученным сигналом. Передаваемый и принимаемый импульс многогранен и характеризуются постоянным плавным изменением с течением времени. Величина и частота определяют параметры информации.

Примером может быть соответствие определённого цвета экрана заданному напряжению. С течением времени цвета плавно меняются следуя изменению напряжения.

Казалось бы, природное происхождение, простота генерации, передачи и приёма благоприятствуют использованию аналогового сигнала. Но в дело вмешиваются электрические и электромагнитные помехи.

Это могут быть электромагнитные наводки от электрических сетей, работающих механизмов, рельеф местности, грозы, бури на солнце, шумы создаваемые работой передающего и принимающего оборудования, прочие. Они изменяют плавную кривую. На приёмник информация поступает с изменениями. Шипение, хрипы и искаженное изображение обычная история для аналоговой связи.

Цифровая технология использует совсем иной принцип передачи. Аналоговые данные сначала кодируются и только потом передаются. Кодировка заключается в описании непрерывной кривой аналоговой информации. В каждый конкретный момент времени, передаваемый импульс имеет значение единицы или нуля, и определенная последовательность битов отображает всю полноту оригинальной картинки или звука.

Дискретный сигнал как азбука Морзе, только вместо точек и тире — чёткие биты. Ничего более, шумы и помехи им не мешают. Цифровой информации главное дойти до цели. Цифры без примесей передадут данные и без изменений перевоплотятся в звук и цвет. Но слабый сигнал может не донести полную картину.

Как пример — пропадание слов или изображения полностью. Поэтому сотовые передатчики, устанавливают как можно ближе друг от друга, также используют повторители.

Примером непрерывных и дискретных сигналов могут служить старая проводная и новая сотовая связь. Через старые АТС иногда невозможно было разговаривать с соседним домом. Шумы и плохое усиление сигнала мешали слышать друг друга. Что бы вести полноценную беседу, приходилось громко кричать самому и прислушиваться к собеседнику.

Другое дело сотовая связь основанная на цифровой технологии. Звук закодирован и хорошо передаётся на далёкие расстояния. Отчетливо слышно собеседника даже с другого континента.

Будет интересно➡ Определение направления вектора магнитной индукции

Оба вида связи не лишены недостатков, а ключевыми отличиями являются:

1. Аналоговый подвержен помехам и поступает с искажениями. В то время как цифровой доходит полностью без искажений или отсутствует вовсе.
2. Принять или перехватить аналоговое вещание может любой приёмник такого принципа. Дискретная передача адресована конкретному адресату, кодируется и мало доступна к перехвату.
3. Объём передаваемых данных у аналоговой связи конечен, поэтому она практически исчерпала себя в передаче теле сигнала. Напротив с развитием технологии преобразования аналоговой информации в цифровой код растут объемы и качество трансляции. Например, главным отличием цифрового от аналогового телевидения является превосходное качество изображения.

Цифровая технология выигрывает по всем показателям. Споры идут только среди любителей музыки. Многие меломаны и звукорежиссеры утверждают, что могут различить аналоговый оригинал и цифровую копию. Однако большинство слушателей этого сделать не в состоянии. Да и с развитием цифровых систем аналоговые данные кодируются точнее.

Оригинальное звучание и цифровая копия делаются практически неразличимым.

Как аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и наоборот

Первой в цифровую форму преобразовали математическую, физическую и компьютерную информацию. Описать формулы и расчеты не составило труда. А вот для преображения аналоговой действительности в цифровые массивы уже потребовались специальные устройства. Ими стали аналого-цифровые преобразователи или сокращенно АЦП.

Они предназначены для преобразования различных физических величин в цифровые коды. Обратное действие совершают устройства ЦАП.

Любые цифровые передатчики и приёмники оснащены такими преобразователями. Например, сотовому телефону, поступивший звук необходимо обработать и передать в оцифрованном виде. В то же время необходимо принять от другого абонента код, преобразовать и передать напряжение на динамик. Так же и с изображением на смартфонах и в телевизорах. В любом случае первоначальной информацией выступает напряжение.

Существует много видов АЦП, но самыми распространёнными являются следующие:

• параллельного преобразования;
• последовательного приближения;
• дельта-сигма, с балансировкой заряда.

Преобразования в АЦП понятийно связаны с измерением и сравнением. Кодировка, это процесс сравнения полученных от источника данных с эталоном. То есть полученная аналоговая величина сравнивается с эталонной (с заданным напряжением). Эталоном выступает информация о конкретном цвете, звуке и т.п. Она соответствует заложенным в устройство представлениям о преобразуемом сигнале.

Потом данные эталонной величины кодируются для передачи. Во время аналого-цифровой обработки физических превращений сигнала не происходит. С аналогового делается цифровой матрица (модель).

Упрощенно работу любого АЦП можно представить так:

1. Измерение через определенные интервалы времени амплитуды напряжения.
2. Сравнение с эталоном и формирование данных.
3. Отгрузка оцифрованных сведений об изменениях амплитуды на передатчик.

Качество передаваемой информации зависит от двух параметров — точности и частоты измерений. Чем точнее измеряется и зашифровывается входящее напряжение, тем качественней передаваемая информация. Поэтому, имеет большое значение, сколько бит может зашифровать преобразователь. Чем плотнее информационный поток, тем точней передача данных.

Это выражается в красках экрана, контрастности картинки и чистоте звука. Следующим важным показателем является дискретизация, то есть частота измерений. Чем чаще, тем меньше провалов в измерениях и необходимости сглаживания. В совокупности, чем чаще и точнее преобразователь может измерять и обрабатывать полученное напряжение, тем он лучше.

Источник: electroinfo.net

Описание отличий аналогового сигнала и цифрового простым языком, их разница

Сигналы используются для передачи информации от одного устройства к другому. В электротехнике это считается фундаментальным показателем, который представляет информацию. Если рассматривать понятие с точки зрения математики, сигнал представляет собой функцию, передающую информацию. При этом отличия аналогового сигнала от цифрового известны далеко не всем людям.

Виды сигналов

Сегодня известно несколько разновидностей сигналов, передающих информацию. Каждый из них имеет свои особенности. Это требуется принимать во внимание при выборе конкретных устройств и девайсов.

Аналоговый

Если говорить простым языком, запах, вкус, слух воспринимаются людьми в виде аналоговых сигналов. Мозг управляет органами и получает от них сведения в аналоговом виде. Все данные в природы распространяются именно так.

В электронике аналоговый сигнал базируется на передаче электричества. Конкретным параметрам напряжения отвечают частота и амплитуда звука, оттенок и насыщенность света. Это означает, что звук или информация представляют собой аналоги электрического напряжения.

Аналоговым называют непрерывный сигнал, который со временем изменяется. Этот параметр сложно анализировать, поскольку для него характерно большое количество значений. В структуру входят положительные и отрицательные значения. К тому же аналоговое устройство отличается высоким потреблением энергии.

Обычно аналоговые сигналы отличаются тенденцией к снижению качества передачи в силу искажения. В качестве типичного примера такого сигнала в жизни людей стоит привести человеческий голос.

Цифровой

Цифровой сигнал является прерывистым и дискретным. Для него характерна форма прямоугольной волны. Эта величина представляет информацию в двоичной форме, состоящей из нулей и единиц. При этом 1 – это высокие значения, а 0 – низкие. Для этих сигналов не характерны отрицательные значения, чем они и отличаются от аналоговых.

Применение аналоговых параметров для связи часто становится причиной проблем. Так, сложно устанавливать связь на внушительные расстояния. Это обусловлено наличием помех и искажением. Цифровые сигналы считаются прекрасным решением. Они в меньшей степени подвергаются искажениям.

Таким образом, аналоговые значения трансформируются в цифровые для более точной и четкой связи. Современные смартфоны, компьютеры и прочие девайсы работают с использованием цифровых сигналов.

Для приведения аналоговой информации в цифровую форму применяются специальные устройства. Для этого используют DSP, или digital signal processor. Он присутствует во всех цифровых устройствах. Первые изделия были придуманы еще в семидесятые годы двадцатого века. Методики и алгоритмы постоянно изменяются и улучшаются, однако принцип остается неизменным – аналоговая информация трансформируется в цифровую.

Обработка и распространение цифрового сигнала определяется параметрами процессора. При этом имеют значение разрядность и скорость. Чем выше эти показатели, тем более качественным будет сигнал. Скорость приводится в MIPS. У качественных процессоров она достигает нескольких десятков.

Именно от скорости зависит качество изображения в телевизоре и звука в динамике.

Ключевые отличия

Рассматриваемые виды технологий характеризуются рядом особенностей и отличий. В этом требуется разбираться многим современным людям.

По способу передачи данных

Один сигнал отличается от другого по особенностям передачи информации. К примеру, звук и изображение представляют собой аналоговые сигналы. Камера и микрофон воспринимают окружающую действительность, трансформируя ее в электромагнитные колебания. На частоту колебаний на выходе влияет частота звука и света. На амплитуде передачи отражаются яркость и громкость.

Картинка и звук, которые трансформируются в электромагнитные колебания, передаются в пространство при помощи антенны. При этом в приемнике протекает обратный процесс трансформации электромагнитных колебаний в видео и звук.

Распространение электромагнитных колебаний может нарушаться из-за грозы, рельефа, облаков. Также к возможным помехам относят ветер и рельеф местности. Частота и амплитуда часто подвергаются искажениям. Как следствие, сигнал от передатчика к приемнику поступает с изменениями.

Изображение и голос аналогового сигнала воспроизводятся с искажениями, которые связаны с помехами. При этом фоном могут быть хрипы, искажение цветов, шипение. Чем ниже качество приема, тем более четкими получаются посторонние эффекты. Если информация дошла, то ее хотя бы как-то удается увидеть и услышать.

При цифровой передаче звук и изображение перед выходом в эфир оцифровываются. Потому к приемнику они поступают без искажений. При этом воздействие внешних факторов является минимальным. Цвет и звук имеют высокое качество или их вообще нет.

Сигнал обязательно передается на определенное расстояние. Однако для передачи на внушительную дистанцию требуется целый ряд ретранслирующих устройств. Потому для распространения сотового сигнала антенны располагают максимально близко друг к другу.

По применению

Разница между рассматриваемыми типами сигналов затрагивает и сферу их применения. Прежде всего, их используют при создании вычислительной техники. Впервые аналоговые устройства для вычислений придумали еще в тридцатые годы прошлого века. Они представляли собой весьма примитивные приборы, которые предназначались для реализации специализированных задач. Аналоговые компьютеры были придуманы в сороковых годах, а получили широкое распространение – в шестидесятых.

Иногда аналоговые компьютеры применяют и сегодня. Они могут использоваться для решения задач, в которых точность обмена результатами вычислений не особенно важна. При этом в начале двадцать первого века на смену аналоговым пришли цифровые технологии. При создании вычислительной техники смешанные аналоговые и цифровые сигналы используют только для обработки информации на основе ряда микросхем.

Если рассматривать сферу звукозаписи и телефонии, тут тоже имеются особенности. Аналоговые технологии применяются в виниловых пластинках и магнитных лентах. Такие изделия выпускают по сей день. Они весьма востребованы у целого ряда ценителей.

Еще одним примером рассматриваемых технологий являются микшеры и синтезаторы звука. При этом сегодня для изготовления таких устройств преимущественно применяют цифровые технологии. Использование аналоговых сигналов обычно связано с предрассудками и привычками. Бытует мнение, что цифровая запись пока не сумела добиться требуемого эффекта полноценной передачи музыки. Он характерен только для аналоговых технологий.

Преимущества и недостатки

Каждая из рассматриваемых величин отличается определенными преимуществами и недостатками.

У аналогового сигнала

Плюсом этого вида сигнала считается то, что именно в аналоговом виде люди воспринимают звуки. Несмотря на то, что слуховая система людей трансформирует звуковой поток в цифровой вид и именно в таком виде он попадает в мозг, современные устройства не позволяют в таком виде напрямик подключать источники звука.

Минусом аналог-сигнала считается ограничение возможностей по его хранению и передаче. В случае записи на виниловую пластинку или магнитную ленту качественные характеристики звучания будут зависеть от параметров материала. Спустя некоторое время лента теряет свои магнитные свойства, что приводит к ухудшению качества записанного звука. По мере увеличения числа считываний носитель разрушается. При этом перезапись вносит ряд искажений.

У цифрового

Минусом цифры считается то, что звук в таком виде представляет собой промежуточный этап. На точность итогового аналогового сигнала влияет точность описания звуковой волны при помощи координат. Чем больше точек используется, тем точнее получится волна. Однако по сей день нет одного мнения, какое число координат является достаточным.

При этом цифровые технологии обладают и большим количеством преимуществ. Главным плюсом считается высокое качество звука и изображения, которое передается. К тому же цифровое телевидение позволяет просматривать большое число телеканалов – до 130. К тому же цифра позволяет просматривать телеканалы в HD-качестве. Для этого только требуется иметь Cam-модуль.

Аналоговые технологии не могут похвастаться такими высокими параметрами.

Что лучше использовать

При выборе конкретного варианта для использования требуется учитывать следующее:

1. Аналоговый сигнал часто искажают помехи. При этом цифровой помехи полностью забивают или он приходит без искажений. Потому поступающая информация получается качественной или вообще отсутствует.
2. Аналоговый сигнал могут воспринимать все девайсы, которые функционируют по такому же принципу, что и передатчик. Цифра надежно защищена кодом. Ее сложно перехватить случайно.
3. Аналоговую информацию, которая записана непосредственно на винил или аудиокассету, нельзя перезаписать без потери качества. При этом волну в цифровом представлении удается скопировать максимально точно – бит в бит. Потому перезаписанная информация получается очень качественной и не уступает оригиналу.

Аналоговые и цифровые сигналы характеризуются множеством особенностей и отличий. Разница между ними заключается в способах распространения информации и сферах применения. Также есть определенные отличия в качественных характеристиках поступающей информации. Это рекомендуется учитывать при выборе конкретных девайсов.

Источник: otlichi.ru

Чем отличаются аналоговый сигнал от цифрового — примеры использования

Аналоговый сигнал – это функция непрерывного аргумента (времени). Если график периодически прерывается, как происходит в последовательности импульсов, к примеру, уже говорят о некой дискретности пачки.

История появления термина

Вычислительная техника

Если вчитаться, нигде не написано, откуда пришло в мир определение — аналоговый. На западе термин употреблялся с сороковых годов профессионалами вычислительной техники. Именно в период Второй мировой войны появились первые компьютерные системы, называемые цифровыми. И для различения пришлось придумать новые эпитеты.

В мир бытовой техники понятие аналоговый вошло лишь в начале 80-х, когда на свет вышли первые процессоры Intel, а мир игрался в игрушки на ZX-Spectrum, эмулятор для устройств сегодня возможно раздобыть в интернете.

Геймплей требовал необыкновенного упорства, сноровки и отменной реакции. Наравне с детворой собирали ящики и били вражеских инопланетян и взрослые.

Современные игры намного уступают первым пташкам, захватившим на некоторое время умы игроков.

Звукозапись и телефония

К началу 80-х на свет стала появляться поп-музыка в электронной обработке. Музыкальный телеграф представлен на суд публики в 1876 году, не обрёл признания. Популярная музыка нравится аудитории в широком понимании слова.

Телеграф умел издавать единственную ноту, передавать на расстояние, где та воспроизводилась динамиком специальной конструкции. И хотя Битлз использовали при создании Сержанта Пеппера электронный орган, синтезатор вошёл в обиход в поздние 70-е годы.

По-настоящему популярным и цифровым инструмент стал уже в середине 80-х: вспомним Modern Talking. Ранее использовались синтезаторы на аналоговых схемах, начиная с Novachord в 1939 году.

Итак, потребности в различении аналоговых и цифровых технологий у рядового гражданина не возникало, пока последние не вошли прочно в обиход. Слово аналоговый стало достоянием публики с начала 80-х.

Что касается происхождения термина, традиционно считается, что указатель заимствован из телефонии, позже перекочевал в звукозапись. Аналоговые колебания непосредственно подаются на динамик, немедленно раздается голос.

Сигнал похож на человеческую речь, становится электрическим аналогом.

Если подать на динамик цифровой сигнал, раздастся непередаваемая какофония из нот разной тональности. Эта «речь» знакома любому, кто грузил в память компьютера программы и игры с магнитной ленты.

На человеческую не походит, потому что цифровая. Что касается дискретного сигнала, в простейших системах он подается прямо на динамик, служащий интегратором.

Удача или неуспех предприятия всецело зависят от правильно подобранных параметров.

Одновременно термин фигурировал в звукозаписи, где непосредственно с микрофона музыка и голос шли на ленту. Магнитная запись стала аналогом реальных артистов.

Виниловые пластинки подобны музыкантам и поныне считаются лучшим носителем для любых композиций. Хотя показывают ограниченный срок службы. CD нынче часто содержат цифровой звук, расшифровываемый декодером.

Согласно Википедии, новая эра началась в 1975 году (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Электрические измерения

В аналоговом сигнале наблюдается пропорциональность между напряжением, либо током и откликом на воспроизводящем устройстве. Термин тогда сочтём произошедшим от греческого analogos. Что означает пропорциональный. Впрочем, сравнение аналогично указанному выше: сигнал подобен голосу, воспроизводимому колонками.

Вдобавок в технике применяется для обозначения аналоговых сигналов иной термин – непрерывные. Что соответствует данному выше определению.

Общая информация

Энергия сигнала

Как следует из определения, аналоговый сигнал обладает бесконечной энергией, не ограничен во времени. Посему его параметры усредняются. К примеру, 220 В, присутствующие в розетки называются действующим значением по указанной причине. Поэтому применяют действующие (усредненные на некотором интервале) значения. Уже понятно, что в розетке присутствует аналоговый сигнал частоты 50 Гц.

Когда речь заходит о дискретности, применяют конечные значения. К примеру, при покупке электрошокера нужно убедиться, что энергия удара не превосходит частного значения, измеряемого в джоулях.

В противном случае возникнут неприятности с использованием либо при досмотре. Поскольку, начиная с конкретного значения энергии, электрошокер применяется лишь спецподразделениями, с установленным верхним лимитом.

Прочее – противозаконно в принципе, способно повлечь смертельные исход при применении.

Энергия импульса находится перемножением тока и напряжения на длительность. И это показывает конечность параметра для дискретных сигналов. В технике встречаются и цифровые последовательности. От дискретного цифровой сигнал отличается жестко заданными параметрами:

1. Длительность.
2. Амплитуда.
3. Наличие двух заданных состояний: 0 и 1.
4. Машинные биты 0 и 1 складываются в заранее оговоренные и понятные участникам слова (язык ассемблера).

Взаимное преобразование сигналов

Дополнительным определением аналогового сигнала становится его кажущаяся случайность, отсутствие видимых правил, либо схожесть с некими природными процессами. К примеру, синусоида может описать вращение Земли вокруг Солнца.

Это аналоговый сигнал. В теории цепей и сигналов синусоида представляется вращающимся вектором амплитуды. А фаза тока и напряжения отличается – это два разных вектора, порождая реактивные процессы.

Что наблюдается в индуктивностях и конденсаторах.

Из определения следует, что аналоговый сигнал легко преобразуется в дискретный. Любой импульсный блок питания нарезает входное напряжение из розетки на пачки. Следовательно, занимается преобразованием аналогового сигнала частоты 50 Гц в дискретные ультразвуковые пачки. Варьируя параметры нарезки, блок питания подстраивает выходные величины под требования электрической нагрузки.

Внутри приемника радиоволн с амплитудным детектором происходит обратный процесс. После выпрямления сигнала на диодах образуются импульсы различной амплитуды. Информация заложена в огибающей такого сигнала, линии, соединяющей вершины посылки.

Преобразованием дискретных импульсов в аналоговую величину занимается фильтр. Принцип основан на интегрировании энергии: в период наличия напряжения возрастает заряд конденсатора, потом, в промежутке между пиками, ток образуется за счет накопленного ранее запаса электронов.

Полученная волна подается на усилитель низких частот, позднее на динамики, где результат слышен окружающим.

Цифровой сигнал кодируется по-другому. Там амплитуда импульса заложена в машинной слове. Оно состоит из единиц и нулей, требуется декодирование. Операцией занимаются электронные устройства: графический адаптер, программные продукты. Каждый качал из интернета K-Lite кодеки, это тот случай.

Драйвер занимается расшифровкой цифрового сигнала и преобразованием для выдачи на колонки и дисплей.

Не нужно спешить с путаницей, когда адаптер называют 3-D ускорителем и наоборот. Первый лишь преобразует поданный сигнал. К примеру, за цифровым входом DVI всегда находится адаптер. Он занимается лишь преобразованием цифр из единиц и нулей для отображения на матрице экрана.

Извлекает информацию о яркости и значениях пикселей RGB. Что касается 3D-ускорителя, устройство в составе вправе (но не обязано) содержать адаптер, но главной задачей становятся сложные вычисления для построения трёхмерных изображений.

Подобный приём позволяет разгрузить центральный процессор и ускорить работу персонального компьютера.

Из аналогового в цифровой сигнал преобразуется в АЦП. Это происходит программно либо внутри микросхемы. Отдельные системы сочетают оба способа.

Процедура начинается взятием отсчётов, умещающихся внутри заданной области. Каждый, преобразуясь, становится машинным словом, содержащим вычисленную цифру.

Потом отсчёты пакуются посылками, становится возможной пересылка другим абонентам сложной системы.

Правила дискретизации нормируются теоремой Котельникова, показывающей максимальную частоту взятия замера. Чаще отсчёт брать запрещается, поскольку происходит потеря информации. Упрощённо считают достаточным шестикратное превышение частоты отсчётов над верхней границей спектра сигнала.

Больший запас считается дополнительным преимуществом, гарантирующим хорошее качество. Любой видел указания частоты дискретизации звукозаписи. Обычно параметр выше 44 кГц. Причиной служат особенности человеческого слуха: верхняя граница спектра 10 кГц.

Следовательно, частоты дискретизации 44 кГц хватит для посредственной передачи звучания.

Отличие дискретного и цифрового сигнала

Наконец, человек из окружающего мира воспринимает обычно аналоговую информацию. Если глаз видит мигающий огонёк, периферическое зрение ухватит окружающий пейзаж. Следовательно, конечный эффект не видится дискретным.

Разумеется, возможно попытаться создать иное восприятие, но это сложно и окажется целиком искусственным. На этом основано применение азбуки Морзе, состоящей из легко различимых на фоне помех точек и тире.

Виды сигналов

Сигнал это изменение физической величины во времени и пространстве. По сути это коды для обмена данными в информационной и управленческой средах. Графически любой сигнал можно представить в виде функции. По линии на графике можно определить тип и характеристики сигнала.

Аналоговый будет выглядеть как непрерывная кривая, цифровой как ломаная прямоугольная линия, скачущая от ноля до единицы. Все, что мы видим глазами и слышим ушами поступает в виде аналогового сигнала.

Аналоговый сигнал

Зрение, слух, вкус, запах и тактильные ощущения поступают нам в виде аналогового сигнала. Мозг командует органами и получает от них информацию в аналоговом виде. В природе вся информация передаётся только так.

В электронике аналоговый сигнал основан на передаче электричества. Определённым величинам напряжения соответствуют частота и амплитуда звука, цвет и яркость света изображения и так далее. То есть цвет, звук или информация являются аналогом электрического напряжения.

Например: Зададим передачу цветов определённым напряжением синий 2 В, красный 3 В, зелёный 4 В. Изменяя напряжение получим на экране картинку соответствующего цвета.

При этом неважно идёт сигнал по проводам или радио. Передатчик непрерывно отправляет, а приёмник обрабатывает аналоговый вид информации. Принимая непрерывный электрический сигнал по проводам или радиосигнал через эфир приёмник преобразует напряжение в соответствующий звук или цвет. Изображение появляется на экране или звук транслируется через динамик.

Дискретный сигнал

Вся суть кроется в названии. Дискретный от латинского discretus, что означает прерывистый (разделённый). Можно сказать, что дискретный повторяет амплитуду аналогового, но плавная кривая превращается в ступенчатую. Изменяясь либо во времени, оставаясь непрерывной по величине, или по уровню, не прерываясь по времени.

Так, в определенный период времени (например миллисекунду или секунду) дискретный сигнал будет какой-то установленной величины. По окончании этого времени он резко изменится в большую или меньшую сторону и останется таким ещё миллисекунду или секунду. И так беспрерывно. Поэтому дискретный это преобразованный аналоговый. То есть полпути до цифрового.

Цифровой сигнал

После дискретного следующим шагом преобразования аналогового стал цифровой сигнал. Главная особенность – либо он есть, или его нет. Вся информация преобразуется в сигналы ограниченные по времени и по величине. Сигналы цифровой технологии передачи данных кодируются нолем и единицей в разных вариантах. А основой является бит, принимающий одно из этих значений.

Бит от английского binarydigit или двоичный разряд.

Но один бит имеет ограниченную возможность для передачи информации, поэтому их объединили в блоки. Чем больше битов в одном блоке, тем больше информации он несёт. В цифровых технологиях используют биты объединенные в блоки кратные 8. Восьмибитовый блок назвали байтом. Один байт небольшая величина, но уже может хранить зашифрованную информацию о всех буквах алфавита.

Однако при добавлении всего одного бита число комбинаций ноля и единицы удваивается. И если 8 битов делает возможным 256 вариантов кодировки, то 16 уже 65536. А килобайт или 1024 байт и вовсе немаленькая величина.