Joka päivä ihmiset kohtaavat elektronisten laitteiden käytön. Nykyaikainen elämä on mahdotonta ilman niitä. Loppujen lopuksi puhumme televisiosta, radiosta, tietokoneesta, puhelimesta, monitoimikeittimestä ja niin edelleen. Aiemmin, vain muutama vuosi sitten, kukaan ei ajatellut, mitä signaalia käytettiin kussakin toimivassa laitteessa. Nyt sanat "analoginen", "digitaalinen", "diskreetti" ovat olleet olemassa jo pitkään. Jotkut luetellut signaalityypit ovat korkealaatuisia ja luotettavia.

Digitaalinen lähetys otettiin käyttöön paljon myöhemmin kuin analoginen. Tämä johtuu siitä, että tällaista signaalia on paljon helpompi ylläpitää, ja tekniikka ei tuolloin ollut niin parantunut.

Jokainen ihminen kohtaa "diskreettisyyden" käsitteen koko ajan. Jos käännät tämän sanan latinasta, se tarkoittaa "epäjatkuvuutta". Sukellessaan pitkälle tieteeseen voimme sanoa, että diskreetti signaali on menetelmä tiedon siirtämiseksi, mikä tarkoittaa muutosta kantoaaltovälineen ajassa. Jälkimmäinen ottaa minkä tahansa arvon kaikista mahdollisista. Nyt diskreetti on hiipumassa taustalle, kun päätettiin tuottaa järjestelmiä sirulle. Ne ovat kokonaisvaltaisia, ja kaikki komponentit ovat tiiviissä vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Diskreettisyydessä kaikki on täsmälleen päinvastoin - jokainen yksityiskohta valmistuu ja liitetään muihin erityisten viestintälinjojen kautta.

Signaali

Signaali on erityinen koodi, jonka yksi tai useampi järjestelmä lähettää avaruuteen. Tämä muotoilu on yleinen.

Tiedon ja viestinnän alalla signaali on erityinen tietoväline, jota käytetään viestien välittämiseen. Se voidaan luoda, mutta sitä ei hyväksytä. Jos signaali on viesti, sen "saappaamista" pidetään tarpeellisena.

Kuvattu koodi määritellään matemaattisella funktiolla. Se luonnehtii kaikkia mahdollisia parametrien muutoksia. Radiotekniikan teoriassa tätä mallia pidetään perusmallina. Siinä kohinaa kutsuttiin signaalin analogiksi. Se edustaa aikafunktiota, joka on vapaasti vuorovaikutuksessa lähetetyn koodin kanssa ja vääristää sitä.

Artikkelissa kuvataan signaalityypit: diskreetti, analoginen ja digitaalinen. Myös kuvatun aiheen perusteoria esitetään lyhyesti.

Signaalien tyypit

Saatavilla on useita signaaleja. Katsotaanpa, mitä tyyppejä on olemassa.

1. Tietovälineen fyysisen välineen perusteella ne jaetaan sähköisiin, optisiin, akustisiin ja sähkömagneettisiin signaaleihin. On olemassa useita muita lajeja, mutta ne ovat vähän tunnettuja.
2. Asetustavan mukaan signaalit jaetaan säännöllisiin ja epäsäännöllisiin. Ensimmäiset ovat deterministisiä tiedonsiirtomenetelmiä, jotka määritellään analyyttisellä funktiolla. Satunnaiset muotoillaan käyttäen todennäköisyysteoriaa, ja ne ottavat myös mitä tahansa arvoja eri ajanjaksoina.
3. Kaikkia signaaliparametreja kuvaavista toiminnoista riippuen tiedonsiirtomenetelmät voivat olla analogisia, diskreettejä, digitaalisia (tasolla kvantisoitu menetelmä). Niitä käytetään monien sähkölaitteiden virtalähteenä.

Nyt lukija tietää kaiken tyyppiset signaalinsiirrot. Kenenkään ei ole vaikea ymmärtää niitä, tärkeintä on ajatella vähän ja muistaa koulun fysiikan kurssi.

Miksi signaalia käsitellään?

Signaalia käsitellään siihen salatun tiedon lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi. Kun se on purettu, sitä voidaan käyttää useilla tavoilla. Joissakin tilanteissa se muotoillaan uudelleen.

Kaikkien signaalien käsittelyyn on toinen syy. Se koostuu taajuuksien lievästä pakkaamisesta (jotta tiedot eivät vahingoitu). Tämän jälkeen se alustetaan ja lähetetään hitailla nopeuksilla.

Analogiset ja digitaaliset signaalit käyttävät erikoistekniikoita. Erityisesti suodatus, konvoluutio, korrelaatio. Ne ovat välttämättömiä signaalin palauttamiseksi, jos se on vaurioitunut tai siinä on kohinaa.

Luominen ja muodostuminen

Usein signaalien tuottamiseen tarvitaan analogia-digitaalimuunninta (ADC). Useimmiten molempia käytetään vain tilanteissa, joissa käytetään DSP-tekniikoita. Muissa tapauksissa vain DAC:n käyttö riittää.

Kun luodaan fyysisiä analogisia koodeja käyttämällä edelleen digitaalisia menetelmiä, ne luottavat vastaanotettuihin tietoihin, jotka lähetetään erityislaitteista.

Dynaaminen alue

Se lasketaan desibeleinä ilmaistun korkeamman ja alemman äänenvoimakkuuden välisen eron perusteella. Se riippuu täysin työstä ja suorituskyvyn ominaisuuksista. Puhumme sekä musiikkikappaleista että tavallisista ihmisten välisistä dialogeista. Jos otamme esimerkiksi kuuluttajan, joka lukee uutisia, niin hänen dynaaminen alue vaihtelee 25-30 dB:n välillä. Ja kun luet mitä tahansa teosta, se voi nousta 50 dB:iin.

Analoginen signaali

Analoginen signaali on aikajatkuva tiedonsiirtomenetelmä. Sen haittana on kohinan esiintyminen, mikä joskus johtaa täydelliseen tietojen katoamiseen. Hyvin usein syntyy tilanteita, joissa on mahdotonta määrittää, missä koodissa on tärkeitä tietoja ja missä tavallisia vääristymiä.

Tämän vuoksi digitaalinen signaalinkäsittely on saavuttanut suuren suosion ja korvaa vähitellen analogisen.

Digitaalinen signaali

Digitaalinen signaali on erityinen, se kuvataan erillisillä funktioilla. Sen amplitudi voi saada tietyn arvon jo määritellyistä. Jos analoginen signaali pystyy saapumaan suurella kohinamäärällä, digitaalinen signaali suodattaa suurimman osan vastaanotetusta kohinasta.

Lisäksi tämän tyyppinen tiedonsiirto siirtää tietoa ilman tarpeetonta semanttista kuormitusta. Useita koodeja voidaan lähettää kerralla yhden fyysisen kanavan kautta.

Digitaalisia signaaleja ei ole olemassa, koska se erottuu erillisenä ja riippumattomana tiedonsiirtomenetelmänä. Se edustaa binaarivirtaa. Nykyään tätä signaalia pidetään suosituimpana. Tämä johtuu käytön helppoudesta.

Digitaalisen signaalin sovellus

Miten digitaalinen sähköinen signaali eroaa muista? Koska hän pystyy suorittamaan täydellisen regeneraation toistimessa. Kun pienintäkin häiriötä sisältävä signaali saapuu viestintälaitteeseen, se muuttaa muotonsa välittömästi digitaaliseksi. Näin esimerkiksi TV-torni voi tuottaa signaalin uudelleen, mutta ilman kohinaefektiä.

Jos koodi saapuu suurilla vääristymillä, sitä ei valitettavasti voida palauttaa. Jos verrataan analogista viestintää, niin samanlaisessa tilanteessa toistin voi poimia osan tiedoista kuluttaen paljon energiaa.

Kun keskustellaan eri muotoisista solukkoviestinnöistä, jos digitaalisella linjalla on voimakasta säröä, on melkein mahdotonta puhua, koska sanat tai kokonaiset lauseet eivät kuulu. Tässä tapauksessa analoginen viestintä on tehokkaampaa, koska voit jatkaa vuoropuhelua.

Juuri tällaisten ongelmien vuoksi toistimet muodostavat hyvin usein digitaalisen signaalin pienentääkseen tietoliikennelinjan aukkoa.

Diskreetti signaali

Nykyään jokainen käyttää tietokoneella matkapuhelinta tai jonkinlaista ”dialeria”. Yksi laitteiden tai ohjelmistojen tehtävistä on lähettää signaalia, tässä tapauksessa puhevirtaa. Jatkuvan aallon kuljettamiseksi tarvitaan kanava, jolla on korkein suoritusteho. Tästä syystä päätettiin käyttää diskreettiä signaalia. Se ei luo itse aaltoa, vaan sen digitaalista ilmettä. Miksi? Koska lähetys tulee tekniikasta (esimerkiksi puhelimesta tai tietokoneesta). Mitä etuja tällaisesta tiedonsiirrosta on? Sen avulla siirrettävien tietojen kokonaismäärä pienenee ja erälähetys on myös helpompi järjestää.

Käsitettä "näytteenotto" on pitkään käytetty tasaisesti tietotekniikan työssä. Tämän signaalin ansiosta ei välitetä jatkuvaa tietoa, joka on täysin koodattu erityisillä symboleilla ja kirjaimilla, vaan tiedot kerätään erityisiin lohkoihin. Ne ovat erillisiä ja täydellisiä hiukkasia. Tämä koodausmenetelmä on pitkään jäänyt taustalle, mutta se ei ole kadonnut kokonaan. Sen avulla voidaan helposti siirtää pieniä tietoja.

Digitaalisten ja analogisten signaalien vertailu

Laitteita ostaessaan tuskin kukaan ajattelee, minkä tyyppisiä signaaleja tässä tai tuossa laitteessa käytetään, ja vielä enemmän ympäristöään ja luontoaan. Mutta joskus sinun on silti ymmärrettävä käsitteet.

On jo pitkään ollut selvää, että analogiset tekniikat menettävät kysyntää, koska niiden käyttö on irrationaalista. Vastineeksi tulee digitaalinen viestintä. Meidän on ymmärrettävä, mistä puhumme ja mitä ihmiskunta kieltäytyy.

Lyhyesti sanottuna analoginen signaali on menetelmä tiedon siirtämiseksi, joka sisältää tietojen kuvaamisen jatkuvina ajan funktioina. Itse asiassa, erityisesti, värähtelyjen amplitudi voi olla yhtä suuri kuin mikä tahansa arvo tietyissä rajoissa.

Digitaalista signaalinkäsittelyä kuvaavat diskreetit aikafunktiot. Toisin sanoen tämän menetelmän värähtelyjen amplitudi on yhtä suuri kuin tiukasti määrätyt arvot.

Teoriasta käytäntöön siirryttäessä on sanottava, että analogiselle signaalille on ominaista häiriö. Digitaalisella ei ole tällaisia ​​ongelmia, koska se "tasoittaa" ne onnistuneesti. Uusien teknologioiden ansiosta tämä tiedonsiirtomenetelmä pystyy palauttamaan kaikki alkuperäiset tiedot itsestään ilman tiedemiehen väliintuloa.

Televisiosta puhuttaessa voimme jo varmuudella todeta: analoginen lähetys on jo kauan ollut käyttämättä. Useimmat kuluttajat ovat siirtymässä digitaaliseen signaaliin. Jälkimmäisen haittana on, että vaikka mikä tahansa laite voi vastaanottaa analogista lähetystä, nykyaikaisempi menetelmä vaatii vain erikoislaitteita. Vaikka vanhentuneen menetelmän kysyntä on laskenut pitkään, tämän tyyppiset signaalit eivät vieläkään pysty kadottamaan täysin arjesta.

Näillä sanoilla Johannes aloitti evankeliuminsa kuvaillen aikoja aikakautemme rajojen ulkopuolella. Aloitamme tämän artikkelin yhtä paatosella ja julistamme vakavasti, että lähetystoiminnassa "alkussa oli signaali".

Televisiossa, kuten kaikessa elektroniikassa, signaali on perusta. Kun puhumme siitä, tarkoitamme sähkömagneettisia värähtelyjä, jotka etenevät ilmassa lähetysantennin avulla ja aiheuttavat virran vaihteluita vastaanottoantennissa. Lähetysaalto voidaan esittää sekä jatkuvassa että pulssimuodossa, mikä vaikuttaa merkittävästi lopputulokseen - TV-vastaanoton laatuun.

Mikä on analoginen televisio? Tämä on kaikille tuttu televisio, jonka vanhempiemme vanhemmat näkivät. Se lähetetään salaamattomalla tavalla, sen perusta on analoginen signaali, ja sen vastaanottaa tavallinen analoginen televisio, joka on meille tuttu lapsuudesta. Tällä hetkellä monissa maissa digitoidaan analoginen signaali ja siten myös maanpäällinen televisio. Joissakin Euroopan maissa tämä prosessi on jo saatu päätökseen ja maanpäällinen analoginen televisio on kytketty pois päältä. Tälle on syitä, jotka tämä artikkeli ehdottaa ymmärtämään.

Erot digitaalisen ja analogisen signaalin välillä

Useimmille ihmisille analogisen ja digitaalisen signaalin välinen ero voi olla melko hienovarainen. Silti niiden ero on merkittävä, eikä se piile pelkästään televisiolähetyksen laadussa.

Analoginen signaali on vastaanotettua dataa, jonka näemme, kuulemme ja havaitsemme ympäröivänä maailmana. Tämä signaalien generointi-, käsittely-, lähetys- ja tallennusmenetelmä on perinteinen ja edelleen hyvin yleinen. Tiedot muunnetaan sähkömagneettisiksi aalloksi, jotka heijastavat ilmiöiden taajuutta ja intensiteettiä täydellisen vastaavuuden periaatteen mukaisesti.

Digitaalinen signaali on joukko koordinaatteja, jotka kuvaavat sähkömagneettista aaltoa, joka ei ole suoran havainnon ulottumattomissa ilman dekoodausta, koska on sähkömagneettisten pulssien sarja. Kun puhutaan signaalien diskreettisyydestä ja jatkuvuudesta, ne tarkoittavat vastaavasti "arvojen ottamista äärellisestä joukosta" ja "arvojen ottamista äärettömästä joukosta".

Esimerkki diskreetistä olisi kouluarvosanat, jotka ottavat arvot joukosta 1,2,3,4,5. Itse asiassa digitaalinen videosignaali luodaan usein digitoimalla analoginen signaali.

Poistuessamme teoriasta, todellisuudessa voimme korostaa seuraavia keskeisiä eroja analogisten ja digitaalisten signaalien välillä:

1. analoginen televisio on alttiina häiriöille, jotka tuovat siihen kohinaa, kun taas digitaalinen impulssi on joko kokonaan häiriön vaikutuksesta estetty ja se puuttuu tai saapuu alkuperäisessä muodossaan.
2. Mikä tahansa laite, jonka toiminta perustuu samaan periaatteeseen kuin lähettimen lähetys, voi vastaanottaa ja lukea analogista signaalia. Digitaalinen aalto on tarkoitettu tietylle "osoittajalle", ja siksi se kestää sieppausta, koska turvallisesti koodattu.

Kuvan laatu

Analogisen television tarjoaman TV-kuvan laatu määräytyy suurelta osin TV-standardin mukaan. Analogista lähetystä välittävä kehys sisältää 625 juovaa, joiden kuvasuhde on 4x3. Siten vanha kineskooppi näyttää kuvan televisiolinjoista, kun taas digitaalinen kuva koostuu pikseleistä.

Huonon vastaanoton ja häiriöiden vuoksi televisio "sataa" ja sihisee, eikä se tarjoa katsojalle kuvaa ja ääntä. Yrittäessään tehdä parannuksia tähän tilanteeseen, se otettiin kerralla käyttöön.

Muut vaihtoehdot

Huolimatta elektroniikkatekniikan nopeasta kehityksestä ja digitaalisen signaalin eduista analogiseen verrattuna, on edelleen alueita, joilla analoginen tekniikka on välttämätön, kuten ammattimainen äänenkäsittely. Mutta vaikka alkuperäinen tallenne ei ehkä ole huonompi kuin digitaalinen, editoinnin ja kopioinnin jälkeen se on väistämättä meluisa.

Tässä on joukko perustoimintoja, jotka voidaan suorittaa analogisella streamilla:

• vahvistuminen ja heikkeneminen;
• modulaatio, jonka tarkoituksena on vähentää sen herkkyyttä häiriöille, ja demodulaatio;
• suodatus ja taajuuskäsittely;
• kertolasku, summaus ja logaritmi;
• prosessoi ja muuttaa fyysisten suureidensa parametreja.

Analogisen ja digitaalisen television ominaisuudet

Filistinen tuomio maanpäällisen television romahtamisesta ja siirtymisestä tulevaisuuden lähetysteknologioihin on jokseenkin epäoikeudenmukainen jo siksi, että television katsojat vaihtavat käsitteitä: maanpäällinen ja analoginen televisio. Maanpäällisellä televisiolla tarkoitetaan yleensä mitä tahansa maanpäällisen radiokanavan kautta lähetettyä televisiota.

Sekä "analoginen" että "digitaalinen" ovat maanpäällisen television tyyppejä. Huolimatta siitä, että analoginen televisio eroaa digitaalisesta televisiosta, niiden yleinen lähetysperiaate on sama - televisiotorni lähettää kanavia ja takaa laadukkaan signaalin vain rajoitetulla säteellä. Samalla digitaalinen peittoalue on lyhyempi kuin koodaamattoman virran kantama, mikä tarkoittaa, että toistimet on asennettava lähemmäs toisiaan.

Mutta mielipide, että "digitaalinen" ylittää lopulta "analogisen", on totta. Television katsojista monissa maissa on jo tullut "todistajia" analogisen signaalin muuntamisesta digitaaliseksi, ja he nauttivat televisio-ohjelmien katselusta HD-laadulla.

Lähetystelevision ominaisuudet

Nykyinen maanpäällinen televisiojärjestelmä käyttää analogisia signaaleja televisiotuotteiden lähettämiseen. Ne leviävät voimakkaasti värähtelevien aaltojen läpi saavuttaen maanpäälliset antennit. Lähetyksen peittoalueen lisäämiseksi asennetaan toistimia. Niiden tehtävänä on keskittää ja vahvistaa signaalia ja lähettää se etävastaanottimiin. Signaalit lähetetään kiinteällä taajuudella, joten jokainen kanava vastaa omaa taajuuttaan ja on liitetty televisioon numerojärjestyksessä.

Digitaalisten televisiolähetysten edut ja haitat

Digitaalisella koodilla siirretty tieto ei sisällä käytännössä mitään virheitä tai vääristymiä. Laitetta, joka digitoi alkuperäisen signaalin, kutsutaan analogia-digitaalimuuntimeksi (ADC).

Pulssien koodaamiseen käytetään ykkösten ja nollien järjestelmää. BCD-koodin lukemista ja muuntamista varten vastaanottimeen on sisäänrakennettu laite, jota kutsutaan digitaali-analogimuuntimeksi (DAC). ADC:lle tai DAC:lle ei ole puoliarvoja, kuten 1,4 tai 0,8.

Tämä tietojen salaus- ja siirtomenetelmä on antanut meille uuden TV-muodon, jolla on monia etuja:

• pulssin voimakkuuden tai pituuden muuttaminen ei vaikuta dekooderin sen tunnistamiseen;
• yhtenäinen lähetysten kattavuus;
• toisin kuin analogisessa lähetyksessä, muunnetun lähetyksen esteiden heijastukset lisäävät ja parantavat vastaanottoa;
• lähetystaajuuksia käytetään tehokkaammin;
• Voidaan vastaanottaa analogisesta televisiosta.

Ero digitaalinen televisio analogisesta

Helpoin tapa havaita ero analogisen ja digitaalisen lähetyksen välillä on esittää molempien tekniikoiden lopulliset ominaisuudet taulukon muodossa.

Digitaalinen TV	Analoginen TV
Digitaalisen kuvan resoluutio on 1280x720 eli yhteensä 921600 pikseliä. 1080i-skannausmuodossa kuvan resoluutio on 1920x1080, mikä antaa vaikuttavan tuloksen: yli 2 miljoonaa 70 tuhatta pikseliä.	Analogisen "kuvan" maksimiresoluutio on noin 720x480, mikä antaa yhteensä yli 340 000 pikseliä.
Ääni
Ääni, kuten video, lähetetään ilman vääristymiä. Moniin ohjelmiin liittyy surround-stereosignaali.	Äänenlaatu vaihtelee.
Vastaanotin
Digitaaliseen vastaanottoon sovitetun television hinta on useita kertoja korkeampi kuin tavallisen television hinta.	Analoginen TV on kohtalaisen kallis.
TV-kanavat
Digikanavien katselu tarjoaa katsojalle laajan valikoiman: tv-kanavien suuri määrä ja temaattinen painopiste.	Ohjelmien määrä jopa 100.
Muut
Ohjelmien vastaanotto yhdessä televisiossa. Lisäpalvelut, kuten "yksityinen lähetys", "virtuaalinen elokuvateatteri", "ohjelmien tallennus" jne.	Mahdollisuus liittää useampia vastaanottimia ja katsella samanaikaisesti useita ohjelmia.
Bottom line
Uusi televisio tuo mukanaan erinomaisen kuvan ja äänenlaadun, mahdollisuuden luoda multimediakotiasema pelaamista, työskentelyä ja oppimista varten. Mukautettujen televisioiden korkea hinta ja TV-koodaustekniikan hidas käyttöönotto Venäjän markkinoilla ovat kuitenkin toistaiseksi jättäneet sen olemassa olevan television taakse.	Vanha kunnon televisio on digitaalista huonompi kuvan- ja äänenlaadultaan. Kuitenkin vastaanottimien hinta ja kyky jakaa signaali useampaan televisioon (mahdollisuus katsella useita ohjelmia samanaikaisesti) ovat merkittävä plus.

TV-antennin herkkyys

Ihanteellisen antennin valitsemiseen ei ole universaalia reseptiä, mutta on olemassa pakollisia vaatimuksia, jotka on täytettävä, jotta se vastaanottaa analogisia ja digitaalisia signaaleja. Kun etäisyys lähetettävästä kohteesta kasvaa, nämä vaatimukset kasvavat. Erityisesti vastaanottimen herkkyys - sen kyky poimia heikon intensiteetin televisiosignaaleja. Usein ne ovat syynä epätarkkuuteen. Tämä ongelma voidaan ratkaista avulla, mikä lisää merkittävästi antennin herkkyyttä ja poistaa kysymyksen: kuinka se liitetään digitaaliseen televisioon? Sama televisio ja sama antenni, vain digitaalinen radioviritin näkyy television lähellä.

Mikä on antennin säteilykuvio

Antennin herkkyyden lisäksi on parametri, joka määrittää, missä määrin se pystyy fokusoimaan energiaa. Sitä kutsutaan suuntavahvistukseksi tai suuntaamiseksi, ja se on tietyn suunnan säteilytiheyden suhde keskimääräiseen säteilytiheyteen.
Tämän ominaisuuden graafinen tulkinta on antennin säteilykuvio. Ytimestään se on kolmiulotteinen hahmo, mutta työn helpottamiseksi se ilmaistaan ​​kahdessa tasossa, jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Kun tällainen litteä kaavio on käsillä ja vertaa sitä alueen karttaan, voit suunnitella antennin vastaanottoalueen analogiselle videosignaalille. Tästä kaaviosta voit myös poimia useita hyödyllisiä TV-antennin käytännön ominaisuuksia, kuten sivu- ja käänteisen säteilyn voimakkuutta ja suojakerrointa.

Kumpi signaali on parempi

On huomattava, että huolimatta monista parannuksista, jotka on toteutettu tiedon analogisen esityksen alalla, tämä lähetysmenetelmä on säilyttänyt puutteensa. Näitä ovat vääristymät lähetyksen aikana ja kohina toiston aikana.

Tarve muuntaa analoginen signaali digitaaliseksi johtuu myös olemassa olevan tallennusmenetelmän soveltumattomuudesta tiedon tallentamiseen puolijohdemuistiin.

Valitettavasti nykyisellä televisiolla ei ole käytännössä mitään ilmeisiä etuja digitaaliseen verrattuna, poissulkemalla mahdollisuus vastaanottaa signaali tavallisella TV-antennilla ja jakaa se televisioiden välillä.

Mikä tahansa signaali, analoginen tai digitaalinen, on sähkömagneettista värähtelyä, joka etenee tietyllä taajuudella, riippuen siitä, mitä signaalia lähetetään, tämän signaalin vastaanottava laite kääntää sen tekstiksi, graafiseksi tai äänitiedoksi, joka on kätevä käyttäjän tai laitteen havaittavaksi. itse. Esimerkiksi televisio- tai radiosignaali, torni tai radioasema voi lähettää sekä analogista että tällä hetkellä digitaalista signaalia. Vastaanottava laite, joka vastaanottaa tämän signaalin, muuntaa sen kuvaksi tai ääneksi täydentäen sitä tekstitiedolla (nykyaikaiset radiovastaanottimet).

Ääni välitetään analogisessa muodossa ja muunnetaan vastaanottavan laitteen kautta sähkömagneettisiksi värähtelyiksi, ja kuten jo mainittiin, värähtely etenee tietyllä taajuudella. Mitä korkeampi äänen taajuus, sitä korkeampi värinä on, mikä tarkoittaa, että lähtöääni on kovempi. Yleisesti ottaen analoginen signaali etenee jatkuvasti, kun taas digitaalinen signaali etenee katkonaisesti (diskreetti).

Koska analoginen signaali etenee jatkuvasti, värähtelyt summataan ja ulostuloon ilmestyy kantoaaltotaajuus, joka tässä tapauksessa on päätaajuus ja vastaanotin on viritetty siihen. Itse vastaanottimessa tämä taajuus on erotettu muista värähtelyistä, jotka jo muunnetaan ääneksi. Analogista signaalia käyttävän lähetyksen ilmeisiä haittoja ovat suuri määrä häiriöitä, lähetettävän signaalin alhainen turvallisuus sekä suuri määrä siirrettyä tietoa, joista osa on tarpeettomia.

Jos puhumme digitaalisesta signaalista, jossa dataa siirretään diskreetti, on syytä korostaa sen ilmeisiä etuja:

• lähetettyjen tietojen korkea suojaustaso sen salauksen vuoksi;
• digitaalisen signaalin vastaanoton helppous;
• ylimääräisen "melun" puuttuminen;
• digitaaliset lähetykset voivat tarjota valtavan määrän kanavia;
• korkea lähetyksen laatu - digitaalinen signaali tarjoaa vastaanotetun tiedon suodatuksen;

Analogisen signaalin muuttamiseksi digitaaliseksi signaaliksi ja päinvastoin käytetään erityisiä laitteita - analogia-digitaalimuunninta (ADC) ja digitaali-analogiamuunninta (DAC). ADC on asennettu lähettimeen, DAC on asennettu vastaanottimeen ja se muuntaa diskreetin signaalin analogiseksi.

Mitä tulee turvallisuuteen, miksi digitaalinen signaali on turvallisempi kuin analoginen signaali? Digitaalinen signaali välitetään salatussa muodossa ja signaalin vastaanottavalla laitteella on oltava koodi signaalin salauksen purkamiseksi. On myös syytä huomata, että ADC voi lähettää myös vastaanottimen digitaalisen osoitteen, jos signaali siepataan, sen salauksen purkaminen on mahdotonta, koska osa koodista puuttuu - tätä lähestymistapaa käytetään laajasti matkaviestinnässä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että suurin ero analogisen ja digitaalisen signaalin välillä on lähetettävän signaalin rakenne. Analogiset signaalit ovat jatkuvaa värähtelyvirtaa vaihtelevalla amplitudilla ja taajuudella. Digitaalinen signaali koostuu diskreeteistä värähtelyistä, joiden arvot riippuvat lähetysvälineestä.

Hyvin usein kuulemme sellaisia ​​määritelmiä kuin "digitaalinen" tai "diskreetti" signaali, mikä on sen ero "analogiseen"?

Eron ydin on, että analoginen signaali on ajallisesti jatkuva (sininen viiva), kun taas digitaalinen signaali koostuu rajoitetusta koordinaattijoukosta (punaiset pisteet). Jos pelkistämme kaiken koordinaatteiksi, niin mikä tahansa analogisen signaalin segmentti koostuu äärettömästä määrästä koordinaatteja.

Digitaalisen signaalin koordinaatit vaaka-akselilla sijaitsevat säännöllisin väliajoin näytteenottotaajuuden mukaisesti. Yleisessä Audio-CD-muodossa tämä on 44100 pistettä sekunnissa. Koordinaatin korkeuden pystytarkkuus vastaa digitaalisen signaalin bittisyvyyttä 8 bitillä se on 256 tasoa, 16 bitillä = 65536 ja 24 bitillä = 16777216 tasoa. Mitä suurempi bittisyvyys (tasojen lukumäärä), sitä lähempänä pystysuorat koordinaatit ovat alkuperäistä aaltoa.

Analogisia lähteitä ovat: vinyyli ja äänikasetit. Digitaalisia lähteitä ovat: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) ja tiedostot WAVE- ja DSD-muodoissa (mukaan lukien APE-, Flac-, Mp3-, Ogg-, jne. johdannaiset).

Analogisen signaalin edut ja haitat

Analogisen signaalin etuna on, että sen analogisessa muodossa havaitsemme äänen korvillamme. Ja vaikka kuulojärjestelmämme muuntaa havaitun äänivirran digitaaliseen muotoon ja välittää sen tässä muodossa aivoihin, tiede ja teknologia eivät ole vielä päässeet yhdistämään soittimia ja muita äänilähteitä suoraan tässä muodossa. Vastaavaa tutkimusta tehdään nyt aktiivisesti vammaisille, ja nautimme yksinomaan analogisesta äänestä.

Analogisen signaalin haittana on kyky tallentaa, lähettää ja replikoida signaali. Kun tallennetaan magneettinauhalle tai vinyylille, signaalin laatu riippuu nauhan tai vinyylin ominaisuuksista. Ajan myötä nauha demagnetoituu ja tallennetun signaalin laatu heikkenee. Jokainen luku tuhoaa vähitellen median, ja uudelleenkirjoittaminen aiheuttaa ylimääräistä vääristymistä, jolloin seuraava media (nauha tai vinyyli), luku-, kirjoitus- ja signaalinsiirtolaitteet lisäävät poikkeamia.

Analogisen signaalin kopiointi on sama kuin valokuvan kopioiminen ottamalla siitä valokuva uudelleen.

Digitaalisen signaalin edut ja haitat

Digitaalisen signaalin etuja ovat tarkkuus kopioitaessa ja lähetettäessä äänivirtaa, jossa alkuperäinen ei eroa kopiosta.

Suurin haittapuoli on, että digitaalinen signaali on välivaihe ja lopullisen analogisen signaalin tarkkuus riippuu siitä, kuinka yksityiskohtaisesti ja tarkasti ääniaalto on kuvattu koordinaateilla. On aivan loogista, että mitä enemmän pisteitä on ja mitä tarkemmat koordinaatit ovat, sitä tarkempi aalto on. Mutta vieläkään ei ole yksimielisyyttä siitä, kuinka monta koordinaattia ja tietojen tarkkuus riittää väittämään, että signaalin digitaalinen esitys riittää palauttamaan tarkasti analogisen signaalin, jota korvamme ei voi erottaa alkuperäisestä.

Datavolyymeilla mitattuna tavallisen analogisen äänikasetin kapasiteetti on vain noin 700-1,1 MB, kun taas tavallisen CD-levyn kapasiteetti on 700 MB. Tämä antaa käsityksen suuren kapasiteetin median tarpeesta. Ja tämä synnyttää erillisen kompromissisodan, jossa on erilaisia ​​vaatimuksia kuvauspisteiden lukumäärälle ja koordinaattien tarkkuudelle.

Nykyään katsotaan riittävän edustamaan ääniaaltoa, jonka näytteenottotaajuus on 44,1 kHz ja bittisyvyys 16 bittiä. Näytteenottotaajuudella 44,1 kHz on mahdollista rekonstruoida signaali 22 kHz asti. Kuten psykoakustiset tutkimukset osoittavat, näytteenottotaajuuden lisäys ei ole havaittavissa, mutta bittisyvyyden kasvu antaa subjektiivisen parannuksen.

Kuinka DAC:t rakentavat aallon

DAC on digitaali-analogi-muunnin, elementti, joka muuntaa digitaalisen äänen analogiseksi. Tarkastellaan perusperiaatteita pintapuolisesti. Jos kommentit osoittavat kiinnostusta pohtia joitakin kohtia tarkemmin, julkaistaan ​​erillinen materiaali.

Monibittiset DAC:t

Hyvin usein aalto esitetään askelina, mikä johtuu ensimmäisen sukupolven monibittisten R-2R DAC:ien arkkitehtuurista, jotka toimivat samalla tavalla kuin relekytkin.

DAC-tulo vastaanottaa seuraavan pystykoordinaatin arvon ja jokaisella kellojaksolla se vaihtaa virran (jännitteen) tason sopivalle tasolle seuraavaan muutokseen saakka.

Vaikka uskotaan, että ihmiskorva kuulee korkeintaan 20 kHz, ja Nyquistin teorian mukaan signaali on mahdollista palauttaa 22 kHz:iin, tämän signaalin laatu palautuksen jälkeen on edelleen kysymys. Korkeataajuisella alueella tuloksena oleva "porrastettu" aaltomuoto on yleensä kaukana alkuperäisestä. Helpoin tapa päästä pois tilanteesta on lisätä näytteenottotaajuutta tallennuksen aikana, mutta tämä johtaa merkittävään ja ei-toivottuun tiedostokoon kasvuun.

Vaihtoehtona on lisätä keinotekoisesti DAC-toiston näytteenottotaajuutta lisäämällä väliarvoja. Ne. kuvittelemme jatkuvan aaltoreitin (harmaa katkoviiva), joka yhdistää sujuvasti alkuperäiset koordinaatit (punaiset pisteet) ja lisäämme välipisteitä tälle viivalla (tumma violetti).

Näytteenottotaajuutta nostettaessa on yleensä tarpeen lisätä bittisyvyyttä niin, että koordinaatit ovat lähempänä approksimoitua aaltoa.

Välikoordinaattien ansiosta on mahdollista vähentää "askeleita" ja rakentaa aalto lähemmäksi alkuperäistä.

Kun näet soittimessa tai ulkoisessa DAC:ssa tehostustoiminnon välillä 44,1–192 kHz, se on toiminto, joka lisää välikoordinaatteja, ei palauttaa tai luo ääntä yli 20 kHz:n alueella.

Aluksi nämä olivat erillisiä SRC-siruja ennen DAC:ta, jotka sitten siirtyivät suoraan itse DAC-siruille. Nykyään voit löytää ratkaisuja, joissa tällainen siru on lisätty nykyaikaisiin DAC: iin, jotta se voisi tarjota vaihtoehdon DAC: n sisäänrakennetuille algoritmeille ja joskus saada jopa paremman äänen (kuten tämä tehdään esimerkiksi Hidizsissä; AP100).

Alan suurin kieltäytyminen monibittisistä DAC:ista johtui siitä, että laatuindikaattoreiden teknologinen kehittäminen ei ollut mahdollista nykyisten tuotantotekniikoiden avulla ja korkeammat kustannukset verrattuna "pulssi"-DAC:ihin, joilla on vertailukelpoiset ominaisuudet. Hi-End-tuotteissa kuitenkin suositaan usein vanhoja monibittisiä DAC-muuntajia uusien teknisesti paremman ominaisuuksien sijaan.

DAC:ien vaihto

70-luvun lopulla "pulssi"-arkkitehtuuriin perustuva vaihtoehtoinen DAC-versio - "delta-sigma" - yleistyi. Pulssi-DAC-tekniikka mahdollisti erittäin nopeiden kytkimien syntymisen ja mahdollisti korkeiden kantoaaltotaajuuksien käytön.

Signaalin amplitudi on pulssiamplitudien keskiarvo (saman amplitudin pulssit näkyvät vihreänä ja tuloksena oleva ääniaalto valkoisena).

Esimerkiksi kahdeksan viiden pulssin syklin sarja antaa keskimääräisen amplitudin (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Mitä korkeampi kantoaaltotaajuus, sitä enemmän pulsseja tasoitetaan ja saadaan tarkempi amplitudiarvo. Tämä mahdollisti äänivirran esittämisen yksibittisessä muodossa laajalla dynaamisella alueella.

Keskiarvo voidaan tehdä tavallisella analogisella suodattimella, ja jos tällainen pulssijoukko syötetään suoraan kaiuttimeen, niin lähdössä saamme ääntä, eikä ultrakorkeita taajuuksia toisteta emitterin suuren inertian vuoksi. PWM-vahvistimet toimivat tällä periaatteella luokassa D, jossa pulssien energiatiheyttä ei synny niiden lukumäärän, vaan kunkin pulssin keston perusteella (joka on helpompi toteuttaa, mutta ei voida kuvata yksinkertaisella binäärikoodilla).

Monibittistä DAC:ta voidaan pitää tulostimena, joka pystyy levittämään värejä pantone-musteilla. Delta-Sigma on mustesuihkutulostin, jossa on rajoitettu värivalikoima, mutta koska se pystyy levittämään hyvin pieniä pisteitä (verrattuna sarvitulostimeen), se tuottaa enemmän sävyjä johtuen pisteiden erilaisesta tiheydestä pintayksikköä kohti.

Kuvassa emme yleensä näe yksittäisiä pisteitä silmän alhaisen resoluution vuoksi, vaan vain keskimääräisen sävyn. Vastaavasti korva ei kuule impulsseja yksitellen.

Viime kädessä pulssi-DAC:iden nykyisten tekniikoiden avulla on mahdollista saada aalto, joka on lähellä sitä, mitä teoriassa pitäisi saada välikoordinaatteja approksimoitaessa.

On huomattava, että delta-sigma DAC:n tultua markkinoille "digitaalisen aallon" vaiheittain piirtämisen merkitys katosi, koska Näin nykyaikaiset DAC:t eivät rakenna aaltoa portaittain. On oikein rakentaa diskreetti signaali, jossa pisteet on yhdistetty tasaisella viivalla.

Onko DAC:ien vaihtaminen ihanteellinen?

Mutta käytännössä kaikki ei ole ruusuista, ja siinä on useita ongelmia ja rajoituksia.

Koska Koska ylivoimainen määrä tietueita on tallennettu monibittiseen signaaliin, pulssisignaaliksi muuntaminen "bitistä bittiin" -periaatteella vaatii tarpeettoman korkeaa kantoaaltotaajuutta, jota nykyaikaiset DAC:t eivät tue.

Nykyaikaisten pulssi-DAC:iden päätehtävänä on muuntaa monibittinen signaali yksibittiseksi signaaliksi suhteellisen alhaisella kantoaaltotaajuudella datadesimaatiolla. Pohjimmiltaan juuri nämä algoritmit määräävät pulssi-DAC:iden lopullisen äänenlaadun.

Korkean kantoaallon ongelman vähentämiseksi äänivirta on jaettu useisiin yksibittisiin virtoihin, joissa jokainen virta vastaa omasta bittiryhmästään, joka vastaa virtojen lukumäärän kantoaaltotaajuuden monikertaa. Tällaisia ​​DAC:ita kutsutaan monibittiseksi delta-sigmaks.

Nykyään pulssi-DAC:t ovat saaneet toisen tuulen nopeissa yleiskäyttöisissä siruissa NAD- ja Chord-tuotteissa, koska ne pystyvät ohjelmoimaan muunnosalgoritmeja joustavasti.

DSD-muoto

Delta-sigma-DAC:iden laajan käytön jälkeen oli varsin loogista, että syntyi muoto binäärikoodin tallentamiseksi suoraan delta-sigma-koodaukseen. Tätä muotoa kutsutaan DSD:ksi (Direct Stream Digital).

Muotoa ei käytetty laajalti useista syistä. Tiedostojen muokkaaminen tässä muodossa osoittautui tarpeettoman rajoitetuksi: et voi sekoittaa streameja, säätää äänenvoimakkuutta tai käyttää taajuuskorjausta. Tämä tarkoittaa, että ilman laadun heikkenemistä voit arkistoida vain analogisia tallenteita ja tuottaa kahden mikrofonin tallenteita live-esityksistä ilman jatkokäsittelyä. Sanalla sanoen, rahaa ei todellakaan voi tienata.

Piratismin torjunnassa tietokoneet eivät tukeneet (eivät ole edelleenkään) SA-CD-levyjä, mikä tekee niistä mahdotonta kopioida. Ei kopioita – ei laajaa yleisöä. DSD-äänisisältöä voitiin toistaa vain erillisestä SA-CD-soittimesta patentoidulta levyltä. Jos PCM-formaatille on olemassa SPDIF-standardi digitaaliseen tiedonsiirtoon lähteestä erilliseen DAC:hen, niin DSD-formaatille ei ole standardia ja ensimmäiset SA-CD-levyjen piraattikopiot digitoitiin SA-CD:n analogisista lähdöistä. CD-soittimet (vaikka tilanne näyttää typerältä, mutta todellisuudessa jotkut tallenteet julkaistiin vain SA-CD:llä tai sama äänitys Audio-CD:llä oli tarkoituksella tehty huonolaatuisesti SA-CD:n edistämiseksi).

Käännekohta tapahtui SONY-pelikonsolien julkaisussa, jossa SA-CD-levy kopioitiin automaattisesti konsolin kiintolevylle ennen toistoa. DSD-muodon fanit käyttivät tätä hyväkseen. Piraattitallenteiden ilmestyminen innosti markkinoita julkaisemaan erilliset DAC:t DSD-virtojen toistamiseen. Useimmat ulkoiset DAC-muuntimet, joissa on DSD-tuki, tukevat nykyään USB-tiedonsiirtoa käyttämällä DoP-muotoa erillisenä digitaalisen signaalin koodauksena SPDIF:n kautta.

DSD:n kantoaaltotaajuudet ovat suhteellisen pieniä, 2,8 ja 5,6 MHz, mutta tämä äänivirta ei vaadi minkäänlaista datanvähennysmuunnosta ja on melko kilpailukykyinen korkean resoluution formaattien, kuten DVD-Audion, kanssa.

Ei ole selvää vastausta kysymykseen, kumpi on parempi, DSP vai PCM. Kaikki riippuu tietyn DAC:n toteutuksen laadusta ja äänisuunnittelijan lahjakkuudesta lopullista tiedostoa tallennettaessa.

Yleinen päätelmä

Analoginen ääni on se, mitä kuulemme ja havaitsemme silmillämme ympäröivänä maailmana. Digitaalinen ääni on joukko koordinaatteja, jotka kuvaavat ääniaaltoa ja joita emme voi kuulla suoraan ilman muuntamista analogiseksi signaaliksi.

Suoraan äänikasetille tai vinyylille tallennettua analogista signaalia ei voida tallentaa uudelleen ilman laadun heikkenemistä, kun taas digitaalisen esityksen aalto voidaan kopioida bitti bitiltä.

Digitaaliset tallennusmuodot ovat jatkuva kompromissi koordinaattitarkkuuden määrän ja tiedostokoon välillä, ja mikä tahansa digitaalinen signaali on vain likimääräinen alkuperäisen analogisen signaalin arvo. Digitaalisen signaalin tallentamisen ja toiston sekä analogisen signaalin medialle tallentamisen tekniikan eri tasot antavat kuitenkin enemmän etuja signaalin digitaaliselle esittämiselle, joka on samanlainen kuin digitaalikamera verrattuna filmikameraan.

Analoginen signaali on datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu ajan funktiolla ja jatkuvalla mahdollisten arvojen joukolla.

Signaaleja on kaksi - avaruus L (jatkuvat signaalit) ja avaruus l (L pieni) - sekvenssien avaruus. Avaruus l (L pieni) on Fourier-kertoimien avaruus (laskettavissa oleva joukko lukuja, jotka määrittelevät jatkuvan funktion määritelmäalueen äärellisellä aikavälillä), avaruus L on jatkuvien (analogisten) signaalien avaruus alueen yli. määritelmästä. Tietyissä olosuhteissa avaruus L kartoitetaan yksiselitteisesti avaruuteen l (esimerkiksi kaksi ensimmäistä Kotelnikovin diskretisointilausetta).

Analogisia signaaleja kuvataan jatkuvilla ajan funktioilla, minkä vuoksi analogista signaalia kutsutaan joskus jatkuvaksi signaaliksi. Analogiset signaalit erotetaan diskreetistä (kvantisoitu, digitaalinen). Esimerkkejä jatkuvista avaruuksista ja vastaavista fysikaalisista suureista:

suora: sähköjännite

ympyrä: roottorin, pyörän, vaihteen, analogisten kelloosoittimien tai kantoaaltosignaalin vaiheen sijainti

segmentti: männän, ohjausvivun, nestelämpömittarin tai amplitudiltaan rajoitetun sähköisen signaalin asento erilaisia ​​moniulotteisia tiloja: väri, kvadratuurimoduloitu signaali.

Analogisten signaalien ominaisuudet ovat suurelta osin päinvastaiset kuin kvantisoidun tai digitaalisen signaalin.

Selkeästi erotettavissa olevien diskreettien signaalitasojen puuttuminen tekee mahdottomaksi soveltaa informaation käsitettä siinä muodossa kuin se ymmärretään digitaalitekniikassa kuvaamaan sitä. Yhden lukeman "informaation määrää" rajoittaa vain mittauslaitteen dynaaminen alue.

Ei redundanssia. Arvoavaruuden jatkuvuudesta seuraa, että signaaliin tuotu kohina on mahdotonta erottaa itse signaalista, joten alkuperäistä amplitudia ei voida palauttaa. Itse asiassa suodatus on mahdollista esimerkiksi taajuusmenetelmillä, jos tämän signaalin ominaisuuksista (erityisesti taajuuskaistasta) tiedetään jotain lisätietoa.

Sovellus:

Analogisia signaaleja käytetään usein edustamaan jatkuvasti muuttuvia fyysisiä suureita. Esimerkiksi termoparista otettu analoginen sähköinen signaali kuljettaa tietoa lämpötilan muutoksista, mikrofonista tuleva signaali ääniaallon paineen nopeista muutoksista jne.

2.2 Digitaalinen signaali

Digitaalinen signaali on datasignaali, jossa jokainen edustava parametri on kuvattu diskreetillä aikafunktiolla ja äärellisellä joukolla mahdollisia arvoja.

Signaalit ovat erillisiä sähkö- tai valopulsseja. Tällä menetelmällä koko viestintäkanavan kapasiteetti käytetään yhden signaalin lähettämiseen. Digitaalinen signaali käyttää koko kaapelin kaistanleveyttä. Kaistanleveys on ero suurimman ja pienimmän taajuuden välillä, joka voidaan lähettää kaapelilla. Jokainen laite tällaisissa verkoissa lähettää tietoja molempiin suuntiin, ja jotkut voivat vastaanottaa ja lähettää samanaikaisesti. Kapeakaistaiset järjestelmät (kantataajuus) lähettävät dataa yhden taajuuden digitaalisen signaalin muodossa.

Diskreetti digitaalinen signaali on vaikeampi lähettää pitkiä etäisyyksiä kuin analoginen signaali, joten se esimoduloidaan lähettimen puolella ja demoduloidaan tiedon vastaanottimen puolella. Algoritmien käyttö digitaalisen tiedon tarkistamiseen ja palauttamiseen digitaalisissa järjestelmissä voi merkittävästi lisätä tiedonsiirron luotettavuutta.

Kommentti. On pidettävä mielessä, että todellinen digitaalinen signaali on fyysiseltä luonteeltaan analoginen. Kohinasta ja siirtolinjan parametrien muutoksista johtuen siinä on vaihteluita amplitudissa, vaiheessa/taajuudessa (värinä) ja polarisaatiossa. Mutta tämä analoginen signaali (pulssi ja diskreetti) on varustettu luvun ominaisuuksilla. Tämän seurauksena on mahdollista käyttää numeerisia menetelmiä (tietokonekäsittely) sen käsittelemiseen.