Dagelijks worden mensen geconfronteerd met het gebruik van elektronische apparaten. Het moderne leven is onmogelijk zonder hen. We hebben het tenslotte over tv, radio, computer, telefoon, multicooker enzovoort. Voorheen, nog maar een paar jaar geleden, dacht niemand na over welk signaal er in elk werkend apparaat werd gebruikt. Nu bestaan ​​de woorden “analoog”, “digitaal”, “discreet” al heel lang. Sommige soorten signalen die worden vermeld, zijn van hoge kwaliteit en betrouwbaar.

Digitale transmissie werd veel later in gebruik genomen dan analoge. Dit komt door het feit dat een dergelijk signaal veel gemakkelijker te onderhouden is en dat de technologie op dat moment niet zo verbeterd was.

Iedereen komt voortdurend het concept van ‘discretie’ tegen. Als je dit woord uit het Latijn vertaalt, betekent het ‘discontinuïteit’. Als we ver in de wetenschap duiken, kunnen we zeggen dat een discreet signaal een methode is voor het verzenden van informatie, wat een verandering in de tijd van het dragermedium impliceert. Dit laatste ontleent elke waarde aan alles wat mogelijk is. Nu verdwijnt de discretie naar de achtergrond, nadat de beslissing werd genomen om systemen op een chip te produceren. Ze zijn holistisch en alle componenten werken nauw met elkaar samen. In discretie is alles precies het tegenovergestelde: elk detail wordt voltooid en met andere verbonden via speciale communicatielijnen.

Signaal

Een signaal is een speciale code die door een of meer systemen de ruimte in wordt gestuurd. Deze formulering is algemeen.

Op het gebied van informatie en communicatie is een signaal een bijzondere gegevensdrager die wordt gebruikt om berichten te verzenden. Het kan worden gecreëerd, maar niet worden geaccepteerd; de laatste voorwaarde is niet noodzakelijk. Als het signaal een bericht is, wordt het ‘vangen’ ervan als noodzakelijk beschouwd.

De beschreven code wordt gespecificeerd door een wiskundige functie. Het karakteriseert alle mogelijke veranderingen in parameters. In de radiotechniektheorie wordt dit model als fundamenteel beschouwd. Daarin werd ruis een analoog van het signaal genoemd. Het vertegenwoordigt een functie van de tijd die vrijelijk interageert met de verzonden code en deze vervormt.

Het artikel beschrijft de soorten signalen: discreet, analoog en digitaal. Ook wordt kort de basistheorie over het beschreven onderwerp gegeven.

Soorten signalen

Er zijn verschillende signalen beschikbaar. Laten we eens kijken welke soorten er zijn.

1. Afhankelijk van het fysieke medium van de gegevensdrager worden elektrische, optische, akoestische en elektromagnetische signalen verdeeld. Er zijn nog een aantal andere soorten, maar die zijn weinig bekend.
2. Volgens de instellingsmethode worden signalen verdeeld in regelmatig en onregelmatig. De eerste zijn deterministische methoden voor gegevensoverdracht, die worden gespecificeerd door een analytische functie. Willekeurige worden geformuleerd met behulp van de waarschijnlijkheidstheorie, en ze nemen ook waarden aan in verschillende tijdsperioden.
3. Afhankelijk van de functies die alle signaalparameters beschrijven, kunnen datatransmissiemethoden analoog, discreet of digitaal zijn (een methode die qua niveau is gekwantiseerd). Ze worden gebruikt om veel elektrische apparaten van stroom te voorzien.

Nu kent de lezer alle soorten signaaloverdracht. Het zal voor niemand moeilijk zijn om ze te begrijpen; het belangrijkste is om een ​​beetje na te denken en de natuurkundecursus op school te onthouden.

Waarom wordt het signaal verwerkt?

Het signaal wordt verwerkt om informatie te verzenden en te ontvangen die daarin gecodeerd is. Als het eenmaal is geëxtraheerd, kan het op verschillende manieren worden gebruikt. In sommige situaties zal het opnieuw worden geformatteerd.

Er is nog een reden om alle signalen te verwerken. Het bestaat uit een lichte compressie van frequenties (om de informatie niet te beschadigen). Hierna wordt het geformatteerd en met lage snelheden verzonden.

Analoge en digitale signalen maken gebruik van speciale technieken. In het bijzonder filtering, convolutie, correlatie. Ze zijn nodig om het signaal te herstellen als het beschadigd is of ruis vertoont.

Schepping en vorming

Vaak is een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) nodig om signalen te genereren. Meestal worden beide alleen gebruikt in situaties waarin DSP-technologieën worden gebruikt. In andere gevallen is alleen het gebruik van een DAC voldoende.

Bij het maken van fysieke analoge codes met verder gebruik van digitale methoden vertrouwen ze op de ontvangen informatie, die wordt verzonden vanaf speciale apparaten.

Dynamisch bereik

Het wordt berekend op basis van het verschil tussen het hogere en lagere volumeniveau, uitgedrukt in decibel. Het hangt volledig af van het werk en de kenmerken van de uitvoering. We hebben het over zowel muzikale nummers als gewone dialogen tussen mensen. Nemen we bijvoorbeeld een omroeper die het nieuws voorleest, dan schommelt zijn dynamisch bereik rond de 25-30 dB. En tijdens het lezen van welk werk dan ook kan het oplopen tot 50 dB.

Analoog signaal

Een analoog signaal is een tijdcontinue methode voor gegevensoverdracht. Het nadeel is de aanwezigheid van ruis, wat soms leidt tot volledig verlies van informatie. Heel vaak doen zich situaties voor waarin het onmogelijk is om te bepalen waar de belangrijke gegevens zich in de code bevinden en waar er sprake is van gewone vervormingen.

Het is hierdoor dat digitale signaalverwerking grote populariteit heeft gewonnen en geleidelijk analoog vervangt.

Digitaal signaal

Een digitaal signaal is speciaal; het wordt beschreven door discrete functies. De amplitude ervan kan een bepaalde waarde aannemen ten opzichte van de reeds gespecificeerde waarden. Als een analoog signaal met een enorme hoeveelheid ruis kan aankomen, filtert een digitaal signaal het grootste deel van de ontvangen ruis weg.

Bovendien draagt ​​dit type gegevensoverdracht informatie over zonder onnodige semantische belasting. Via één fysiek kanaal kunnen meerdere codes tegelijk worden verzonden.

Er zijn geen soorten digitale signalen, omdat het opvalt als een afzonderlijke en onafhankelijke methode voor gegevensoverdracht. Het vertegenwoordigt een binaire stroom. Tegenwoordig wordt dit signaal als het meest populair beschouwd. Dit komt door het gebruiksgemak.

Toepassing van digitaal signaal

Hoe verschilt een digitaal elektrisch signaal van andere? Het feit dat hij in staat is om volledige regeneratie in de repeater uit te voeren. Wanneer een signaal met de minste interferentie bij communicatieapparatuur aankomt, verandert het onmiddellijk van vorm naar digitaal. Hierdoor kan bijvoorbeeld een tv-toren weer een signaal genereren, maar zonder het ruiseffect.

Als de code met grote vervormingen arriveert, kan deze helaas niet worden hersteld. Als we analoge communicatie vergelijken, kan een repeater in een vergelijkbare situatie een deel van de gegevens extraheren, wat veel energie kost.

Bij het bespreken van mobiele communicatie van verschillende formaten is het bijna onmogelijk om te praten als er sterke vervorming is op een digitale lijn, omdat woorden of hele zinnen niet kunnen worden gehoord. In dit geval is analoge communicatie effectiever, omdat je een dialoog kunt blijven voeren.

Juist vanwege dergelijke problemen vormen repeaters heel vaak een digitaal signaal om de kloof in de communicatielijn te verkleinen.

Discreet signaal

Tegenwoordig gebruikt iedereen een mobiele telefoon of een soort dialer op zijn computer. Eén van de taken van apparaten of software is het overbrengen van een signaal, in dit geval een spraakstroom. Om een ​​continue golf te transporteren, is een kanaal nodig met het hoogste doorvoerniveau. Daarom is er voor gekozen om een ​​discreet signaal te gebruiken. Het creëert niet de golf zelf, maar het digitale uiterlijk ervan. Waarom? Omdat de transmissie afkomstig is van technologie (bijvoorbeeld een telefoon of computer). Wat zijn de voordelen van deze vorm van informatieoverdracht? Met zijn hulp wordt de totale hoeveelheid verzonden gegevens verminderd en is batchverzending ook eenvoudiger te organiseren.

Het concept van ‘sampling’ wordt al lange tijd gestaag gebruikt in het werk van de computertechnologie. Dankzij dit signaal wordt er geen continue informatie verzonden, die volledig is gecodeerd met speciale symbolen en letters, maar gegevens verzameld in speciale blokken. Het zijn afzonderlijke en complete deeltjes. Deze coderingsmethode is al lang naar de achtergrond verbannen, maar is niet volledig verdwenen. Het kan worden gebruikt om eenvoudig kleine stukjes informatie over te dragen.

Vergelijking van digitale en analoge signalen

Bij het kopen van apparatuur denkt bijna niemand na over welke soorten signalen in dit of dat apparaat worden gebruikt, en nog meer over hun omgeving en aard. Maar soms moet je de concepten nog begrijpen.

Het is al lang duidelijk dat analoge technologieën de vraag verliezen, omdat het gebruik ervan irrationeel is. In ruil daarvoor komt digitale communicatie. We moeten begrijpen waar we het over hebben en wat de mensheid weigert.

Kortom, een analoog signaal is een methode voor het verzenden van informatie waarbij gegevens in continue functies van de tijd worden beschreven. Specifiek gesproken kan de amplitude van oscillaties binnen bepaalde grenzen gelijk zijn aan elke waarde.

Digitale signaalverwerking wordt beschreven door discrete tijdfuncties. Met andere woorden, de amplitude van de oscillaties van deze methode is gelijk aan strikt gespecificeerde waarden.

Als we van theorie naar praktijk gaan, moet gezegd worden dat het analoge signaal wordt gekenmerkt door interferentie. Dergelijke problemen bestaan ​​niet met digitaal, omdat het ze met succes ‘verzacht’. Dankzij nieuwe technologieën is deze methode van gegevensoverdracht in staat om op eigen kracht alle originele informatie te herstellen, zonder tussenkomst van een wetenschapper.

Over televisie gesproken, we kunnen nu al met vertrouwen zeggen: analoge transmissie heeft zijn nut al lang overleefd. De meeste consumenten stappen over op een digitaal signaal. Het nadeel van dit laatste is dat hoewel elk apparaat analoge transmissie kan ontvangen, een modernere methode alleen speciale apparatuur vereist. Hoewel de vraag naar de verouderde methode al lang is afgenomen, kunnen dit soort signalen nog steeds niet volledig uit het dagelijks leven verdwijnen.

Met deze woorden begon Johannes zijn Evangelie, waarin hij tijden buiten de grenzen van onze jaartelling beschreef. We beginnen dit artikel met niet minder pathos, en in alle ernst verklaren we dat er op het gebied van de omroep ‘in het begin een signaal was’.

Bij televisie is, net als bij alle elektronica, het signaal de basis. Als we het erover hebben, bedoelen we elektromagnetische oscillaties die zich met behulp van een zendantenne in de lucht voortplanten en stroomschommelingen in de ontvangstantenne veroorzaken. De uitzendgolf kan zowel in continue als gepulseerde vorm worden gepresenteerd, wat het eindresultaat aanzienlijk beïnvloedt: de kwaliteit van de tv-ontvangst.

Wat is analoge televisie? Dit is televisie, voor iedereen bekend, die werd gezien door de ouders van onze ouders. Het wordt op een niet-gecodeerde manier uitgezonden, de basis is een analoog signaal en wordt ontvangen door een gewone analoge tv, die ons al sinds onze kindertijd bekend is. Momenteel wordt in veel landen het proces van het digitaliseren van het analoge signaal, en dus van de terrestrische televisie, uitgevoerd. In sommige Europese landen is dit proces al voltooid en is analoge televisie via de ether uitgeschakeld. Daar zijn redenen voor, die dit artikel suggereert te begrijpen.

Verschillen tussen een digitaal signaal en een analoog signaal

Voor de meeste mensen kan het verschil tussen een analoog en digitaal signaal behoorlijk subtiel zijn. En toch is hun verschil aanzienlijk en ligt het niet alleen in de kwaliteit van de televisie-uitzending.

Een analoog signaal zijn de ontvangen gegevens die we zien, horen en waarnemen als de wereld om ons heen. Deze methode voor het genereren, verwerken, verzenden en opnemen van signalen is traditioneel en nog steeds wijdverbreid. De gegevens worden omgezet in elektromagnetische golven, die de frequentie en intensiteit van de verschijnselen weerspiegelen volgens het principe van volledige correspondentie.

Een digitaal signaal is een reeks coördinaten die een elektromagnetische golf beschrijven, die zonder decodering niet ontoegankelijk is voor directe waarneming, omdat is een reeks elektromagnetische pulsen. Als ze het hebben over discretie en continuïteit van signalen, bedoelen ze respectievelijk ‘waarden nemen uit een eindige set’ en ‘waarden halen uit een oneindige set’.

Een voorbeeld van discretie zijn schoolcijfers, die waarden uit de set 1,2,3,4,5 aannemen. In feite wordt een digitaal videosignaal vaak gecreëerd door het digitaliseren van een analoog signaal.

Als we de theorie achter ons laten, kunnen we in werkelijkheid de volgende belangrijke verschillen tussen analoge en digitale signalen benadrukken:

1. analoge televisie is kwetsbaar voor interferentie die ruis introduceert, terwijl de digitale impuls ofwel volledig wordt geblokkeerd door interferentie en afwezig is, ofwel in zijn oorspronkelijke vorm arriveert.
2. Elk apparaat waarvan de werking gebaseerd is op hetzelfde principe als de uitzending van de zender, kan een analoog signaal ontvangen en lezen. De digitale golf is bedoeld voor een specifieke ‘geadresseerde’ en is daarom bestand tegen onderschepping veilig gecodeerd.

Beeldkwaliteit

De kwaliteit van het tv-beeld van analoge tv wordt grotendeels bepaald door de tv-standaard. Het frame met analoge uitzendingen omvat 625 lijnen met een beeldverhouding van 4x3. Zo geeft de oude kinescoop een beeld van televisielijnen weer, terwijl een digitaal beeld uit pixels bestaat.

Bij slechte ontvangst en interferentie gaat de tv ‘sneeuwen’ en sissen, waardoor de kijker geen beeld en geluid krijgt. In pogingen om deze situatie te verbeteren, werd dit ooit geïmplementeerd.

Andere opties

Ondanks de snelle ontwikkeling van de elektronische technologie en de voordelen van digitale signalen ten opzichte van analoge signalen, zijn er nog steeds gebieden waarop analoge technologie onmisbaar is, zoals professionele audioverwerking. Maar hoewel de originele opname misschien niet slechter is dan de digitale, zal deze na het bewerken en kopiëren onvermijdelijk ruis veroorzaken.

Hier volgt een reeks basisbewerkingen die kunnen worden uitgevoerd met een analoge stream:

• versterken en verzwakken;
• modulatie, gericht op het verminderen van de gevoeligheid voor interferentie, en demodulatie;
• filtering en frequentieverwerking;
• vermenigvuldigen, optellen en logaritme;
• het verwerken en wijzigen van de parameters van zijn fysieke grootheden.

Kenmerken van analoge en digitale televisie

Het kleinburgerlijke oordeel over de ineenstorting van de terrestrische televisie en de overgang naar de omroeptechnologieën van de toekomst is enigszins oneerlijk, nu al omdat televisiekijkers de concepten: terrestrische en analoge televisie vervangen. Onder terrestrische televisie wordt immers doorgaans verstaan ​​elke televisie-uitzending via een terrestrisch radiokanaal.

Zowel “analoog” als “digitaal” zijn typen terrestrische tv. Ondanks het feit dat analoge televisie verschilt van digitale televisie, is hun algemene uitzendprincipe identiek: een televisietoren zendt kanalen uit en garandeert alleen binnen een beperkte straal een signaal van hoge kwaliteit. Tegelijkertijd is de digitale dekkingsradius kleiner dan het bereik van de ongecodeerde stream, wat betekent dat repeaters dichter bij elkaar moeten worden geïnstalleerd.

Maar de mening dat ‘digitaal’ uiteindelijk ‘analoog’ zal overtreffen, is waar. TV-kijkers in veel landen zijn al “getuigen” geworden van de omzetting van een analoog signaal naar een digitaal signaal en kijken met veel plezier naar TV-programma’s in HD-kwaliteit.

Kenmerken van televisie-uitzendingen

Het bestaande terrestrische televisiesysteem maakt gebruik van analoge signalen om televisieproducten te verzenden. Ze planten zich voort door sterk oscillerende golven en bereiken aardse antennes. Om het dekkingsgebied van de uitzending te vergroten, worden repeaters geïnstalleerd. Hun functie is het concentreren en versterken van het signaal, door het naar externe ontvangers te verzenden. Signalen worden op een vaste frequentie verzonden, dus elk kanaal komt overeen met zijn eigen frequentie en wordt in numerieke volgorde aan de tv toegewezen.

Voor- en nadelen van digitale televisie-uitzendingen

Informatie die wordt verzonden met behulp van een digitale code bevat vrijwel geen fouten of vervormingen. Het apparaat dat het originele signaal digitaliseert, wordt een analoog-digitaalomzetter (ADC) genoemd.

Om pulsen te coderen wordt een systeem van enen en nullen gebruikt. Om de BCD-code te lezen en om te zetten, is in de ontvanger een apparaat ingebouwd dat een digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC) wordt genoemd. Er zijn geen halve waarden voor zowel de ADC als de DAC, zoals 1,4 of 0,8.

Deze methode voor het versleutelen en verzenden van gegevens heeft ons een nieuw tv-formaat opgeleverd, dat veel voordelen biedt:

• het veranderen van de sterkte of lengte van de puls heeft geen invloed op de herkenning ervan door de decoder;
• uniforme uitzendingsdekking;
• in tegenstelling tot analoge uitzendingen worden de reflecties van obstakels van de geconverteerde uitzending opgeteld en wordt de ontvangst verbeterd;
• uitzendfrequenties worden efficiënter gebruikt;
• Kan worden ontvangen op analoge TV.

Verschil digitale televisie van analoog

De eenvoudigste manier om het verschil tussen analoge en digitale uitzendingen op te merken, is door de uiteindelijke kenmerken van beide technologieën in de vorm van een tabel weer te geven.

Digitale televisie	Analoge televisie
De digitale beeldresolutie is 1280x720, wat een totaal van 921600 pixels oplevert. In het geval van het 1080i-scanformaat is de beeldresolutie 1920x1080, wat een indrukwekkend resultaat oplevert: meer dan 2 miljoen 70.000 pixels.	De maximale resolutie van een analoog “beeld” is ongeveer 720x480, wat een totaal van meer dan 340.000 pixels oplevert.
Geluid
Audio wordt, net als video, zonder vervorming verzonden. Veel programma's worden begeleid door een surround-stereosignaal.	De geluidskwaliteit varieert.
Ontvanger
De kosten van een tv die is aangepast voor digitale ontvangst zijn meerdere malen hoger dan de prijs van een gewone tv.	Analoge tv is redelijk duur.
TV-kanalen
Het kijken naar digitale kanalen geeft de kijker een ruime keuze: een groot aantal en thematische focus van tv-kanalen.	Aantal programma's tot 100.
Ander
Ontvangst van programma's op één TV. Extra diensten zoals “privé-uitzending”, “virtuele bioscoop”, “programma-opslag”, enz.	Mogelijkheid om meerdere ontvangers aan te sluiten en tegelijkertijd meerdere programma's te bekijken.
Kortom
De nieuwe televisie brengt uitstekende beeld- en geluidskwaliteit met zich mee, en de mogelijkheid om een ​​multimediaal thuisstation te creëren voor spelen, werken en leren. De hoge kosten van aangepaste televisies en de langzame introductie van tv-coderingstechnologie op de Russische markt hebben deze technologie tot nu toe echter achter zich gelaten bij de bestaande televisie.	De goede oude tv is qua beeld- en geluidskwaliteit inferieur aan digitaal. De prijs van de ontvangers en de mogelijkheid om het signaal naar een groter aantal tv's te distribueren (de mogelijkheid om meerdere programma's tegelijk te bekijken) zijn echter een aanzienlijk pluspunt.

Gevoeligheid van de tv-antenne

Er bestaat geen universeel recept voor het kiezen van de ideale antenne, maar er zijn verplichte vereisten waaraan moet worden voldaan voordat deze analoge en digitale signalen kan ontvangen. Naarmate de afstand tot het uitzendobject groter wordt, nemen deze eisen toe. In het bijzonder de gevoeligheid van de ontvanger: zijn vermogen om televisiesignalen met een zwakke intensiteit op te vangen. Vaak zijn ze de oorzaak van een wazig beeld. Dit probleem kan worden opgelost met behulp van, wat de gevoeligheid van de antenne aanzienlijk verhoogt en de vraag wegneemt: hoe sluit je deze aan op digitale televisie? Dezelfde tv en dezelfde antenne, alleen een draadloze digitale tuner verschijnt in de buurt van de tv.

Wat is een antennestralingspatroon

Naast de gevoeligheid van de antenne is er een parameter die bepaalt in hoeverre deze energie kan focusseren. Het wordt directionele versterking of directiviteit genoemd en is de verhouding tussen de stralingsdichtheid in een bepaalde richting en de gemiddelde stralingsdichtheid.
Een grafische interpretatie van dit kenmerk is het antennestralingspatroon. In de kern is het een driedimensionale figuur, maar voor het gemak wordt deze uitgedrukt in twee vlakken die loodrecht op elkaar staan. Als u zo'n plat diagram bij de hand heeft en het vergelijkt met een kaart van het gebied, kunt u het antenne-ontvangstgebied plannen voor een analoog videosignaal. Ook uit deze grafiek kun je een aantal nuttige praktische kenmerken van de tv-antenne afleiden, zoals de intensiteit van zij- en achterstraling en de beschermingscoëfficiënt.

Welk signaal is beter

Erkend moet worden dat, ondanks de vele verbeteringen die zijn doorgevoerd op het gebied van de analoge representatie van informatie, deze manier van uitzenden zijn tekortkomingen heeft behouden. Deze omvatten vervorming tijdens verzending en ruis tijdens het afspelen.

Ook wordt de noodzaak om een ​​analoog signaal naar een digitaal signaal om te zetten veroorzaakt door de ongeschiktheid van de bestaande opnamemethode voor het opslaan van informatie in een halfgeleidergeheugen.

Helaas heeft bestaande tv vrijwel geen duidelijke voordelen ten opzichte van digitaal, waardoor de mogelijkheid wordt uitgesloten om een ​​signaal te ontvangen met een gewone tv-antenne en dit te delen tussen tv's.

Elk signaal, analoog of digitaal, is een elektromagnetische oscillatie die zich met een bepaalde frequentie voortplant. Afhankelijk van welk signaal wordt verzonden, vertaalt het apparaat dat dit signaal ontvangt, het in tekst, grafische of audio-informatie die gemakkelijk kan worden waargenomen door de gebruiker of het apparaat zelf. Een televisie- of radiosignaal, een toren of radiostation kunnen bijvoorbeeld zowel een analoog als, op dit moment, digitaal signaal uitzenden. Het ontvangende apparaat dat dit signaal ontvangt, zet het om in beeld of geluid en vult het aan met tekstinformatie (moderne radio-ontvangers).

Het geluid wordt in analoge vorm overgedragen en via het ontvangstapparaat omgezet in elektromagnetische trillingen, en zoals reeds vermeld planten de trillingen zich met een bepaalde frequentie voort. Hoe hoger de frequentie van het geluid, hoe hoger de trillingen zullen zijn, wat betekent dat het uitgangsgeluid luider zal zijn. In algemene termen plant een analoog signaal zich continu voort, terwijl een digitaal signaal zich met tussenpozen (discreet) voortplant.

Omdat het analoge signaal zich constant voortplant, worden de oscillaties opgeteld en verschijnt er een draaggolffrequentie aan de uitgang, die in dit geval de hoofdfrequentie is en waarop de ontvanger is afgestemd. In de ontvanger zelf wordt deze frequentie gescheiden van andere trillingen, die al in geluid worden omgezet. De voor de hand liggende nadelen van verzending met behulp van een analoog signaal omvatten een grote hoeveelheid interferentie, lage veiligheid van het verzonden signaal, evenals een grote hoeveelheid verzonden informatie, waarvan een deel overbodig is.

Als we het hebben over een digitaal signaal, waarbij gegevens discreet worden verzonden, is het de moeite waard om de voor de hand liggende voordelen ervan te benadrukken:

• hoog niveau van bescherming van verzonden informatie dankzij de codering ervan;
• gemak van digitale signaalontvangst;
• afwezigheid van externe "ruis";
• digitale uitzendingen kunnen een groot aantal kanalen bieden;
• hoge transmissiekwaliteit - het digitale signaal zorgt voor filtering van ontvangen gegevens;

Om een ​​analoog signaal naar een digitaal signaal om te zetten en omgekeerd, worden speciale apparaten gebruikt: een analoog-naar-digitaal-omzetter (ADC) en een digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC). De ADC wordt in de zender geïnstalleerd, de DAC wordt in de ontvanger geïnstalleerd en zet het discrete signaal om naar analoog.

Wat betreft de veiligheid: waarom is een digitaal signaal veiliger dan een analoog signaal? Het digitale signaal wordt gecodeerd verzonden en het apparaat dat het signaal ontvangt, moet een code hebben om het signaal te decoderen. Het is ook vermeldenswaard dat de ADC ook het digitale adres van de ontvanger kan verzenden als het signaal wordt onderschept, het zal onmogelijk zijn om het volledig te decoderen, omdat een deel van de code ontbreekt - deze aanpak wordt veel gebruikt in mobiele communicatie.

Samenvattend is het belangrijkste verschil tussen een analoog en digitaal signaal de structuur van het verzonden signaal. Analoge signalen zijn een continue stroom oscillaties met variërende amplitude en frequentie. Een digitaal signaal bestaat uit discrete oscillaties waarvan de waarden afhankelijk zijn van het zendmedium.

Heel vaak horen we definities als “digitaal” of “discreet” signaal; wat is het verschil met “analoog”?

De essentie van het verschil is dat het analoge signaal continu in de tijd is (blauwe lijn), terwijl het digitale signaal uit een beperkte set coördinaten bestaat (rode stippen). Als we alles terugbrengen tot coördinaten, bestaat elk segment van een analoog signaal uit een oneindig aantal coördinaten.

Bij een digitaal signaal bevinden de coördinaten langs de horizontale as zich op regelmatige afstanden, in overeenstemming met de bemonsteringsfrequentie. In het gangbare audio-cd-formaat is dit 44100 punten per seconde. De verticale nauwkeurigheid van de coördinaathoogte komt overeen met de bitdiepte van het digitale signaal; voor 8 bits zijn dit 256 niveaus, voor 16 bits = 65536 en voor 24 bits = 16777216 niveaus. Hoe hoger de bitdiepte (aantal niveaus), hoe dichter de verticale coördinaten bij de oorspronkelijke golf liggen.

Analoge bronnen zijn: vinyl en audiocassettes. Digitale bronnen zijn: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) en bestanden in WAVE- en DSD-formaten (inclusief afgeleiden van APE, Flac, Mp3, Ogg, etc.).

Voor- en nadelen van analoog signaal

Het voordeel van een analoog signaal is dat we in analoge vorm geluid waarnemen met onze oren. En hoewel ons auditieve systeem de waargenomen geluidsstroom omzet in digitale vorm en deze in deze vorm doorgeeft aan de hersenen, hebben wetenschap en technologie nog niet het punt bereikt om spelers en andere geluidsbronnen rechtstreeks in deze vorm met elkaar te verbinden. Soortgelijk onderzoek wordt nu actief uitgevoerd voor mensen met een handicap, en we genieten uitsluitend van analoog geluid.

Het nadeel van een analoog signaal is de mogelijkheid om het signaal op te slaan, te verzenden en te repliceren. Bij het opnemen op magneetband of vinyl hangt de kwaliteit van het signaal af van de eigenschappen van de tape of het vinyl. Na verloop van tijd demagnetiseert de band en verslechtert de kwaliteit van het opgenomen signaal. Elke lezing vernietigt geleidelijk de media, en herschrijven introduceert extra vervorming, waarbij extra afwijkingen worden toegevoegd door de volgende media (tape of vinyl), lees-, schrijf- en signaaloverdrachtapparatuur.

Het maken van een kopie van een analoog signaal is hetzelfde als het kopiëren van een foto door er opnieuw een foto van te maken.

Voor- en nadelen van digitaal signaal

De voordelen van een digitaal signaal zijn onder meer de nauwkeurigheid bij het kopiëren en verzenden van een audiostream, waarbij het origineel niet verschilt van de kopie.

Het grootste nadeel is dat het digitale signaal een tussenfase is en dat de nauwkeurigheid van het uiteindelijke analoge signaal zal afhangen van hoe gedetailleerd en nauwkeurig de geluidsgolf wordt beschreven door coördinaten. Het is heel logisch dat hoe meer punten er zijn en hoe nauwkeuriger de coördinaten zijn, hoe nauwkeuriger de golf zal zijn. Maar er bestaat nog steeds geen consensus over het aantal coördinaten en de gegevensnauwkeurigheid die voldoende zijn om te zeggen dat de digitale representatie van het signaal voldoende is om nauwkeurig een analoog signaal te reconstrueren dat voor onze oren niet van het origineel te onderscheiden is.

In termen van datavolumes bedraagt ​​de capaciteit van een gewone analoge audiocassette slechts ongeveer 700-1,1 MB, terwijl een gewone CD 700 MB kan bevatten. Dit geeft een idee van de behoefte aan media met een hoge capaciteit. En dit geeft aanleiding tot een afzonderlijke compromisoorlog met verschillende eisen aan het aantal beschrijvende punten en de nauwkeurigheid van coördinaten.

Tegenwoordig wordt het als voldoende beschouwd om een ​​geluidsgolf weer te geven met een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz en een bitdiepte van 16 bits. Bij een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz is het mogelijk een signaal tot 22 kHz te reconstrueren. Zoals uit psycho-akoestische onderzoeken blijkt, is een verdere verhoging van de bemonsteringsfrequentie niet merkbaar, maar geeft een verhoging van de bitdiepte een subjectieve verbetering.

Hoe DAC's een golf opbouwen

Een DAC is een digitaal-naar-analoog-omzetter, een element dat digitaal geluid omzet in analoog. We zullen oppervlakkig kijken naar de basisprincipes. Als uit de commentaren blijkt dat er interesse is om een ​​aantal punten nader te beschouwen, zal er afzonderlijk materiaal worden vrijgegeven.

Multibit DAC's

Heel vaak wordt een golf weergegeven als stappen, wat te danken is aan de architectuur van de eerste generatie multi-bit R-2R DAC's, die op dezelfde manier werken als een relaisschakelaar.

De DAC-ingang ontvangt de waarde van de volgende verticale coördinaat en schakelt bij elke klokcyclus het huidige (spannings)niveau naar het juiste niveau tot de volgende verandering.

Hoewel aangenomen wordt dat het menselijk oor niet hoger dan 20 kHz kan horen, en het volgens de theorie van Nyquist mogelijk is om het signaal te herstellen naar 22 kHz, blijft de kwaliteit van dit signaal na herstel een vraag. In het hoogfrequente gebied wijkt de resulterende “stapsgewijze” golfvorm doorgaans ver af van de oorspronkelijke. De eenvoudigste uitweg uit deze situatie is het verhogen van de bemonsteringsfrequentie tijdens het opnemen, maar dit leidt tot een aanzienlijke en ongewenste toename van de bestandsgrootte.

Een alternatief is om de DAC-afspeelbemonsteringssnelheid kunstmatig te verhogen door tussenwaarden toe te voegen. Die. we stellen ons een ononderbroken golfpad voor (grijze stippellijn) dat de oorspronkelijke coördinaten (rode stippen) soepel verbindt en tussenpunten op deze lijn toevoegt (donkerpaars).

Bij het verhogen van de bemonsteringsfrequentie is het meestal nodig om de bitdiepte te vergroten, zodat de coördinaten dichter bij de benaderde golf liggen.

Dankzij tussenliggende coördinaten is het mogelijk om de “stappen” te verkleinen en een golf op te bouwen die dichter bij het origineel ligt.

Wanneer u in een speler of externe DAC een boostfunctie ziet van 44,1 tot 192 kHz, is dit een functie van het toevoegen van tussenliggende coördinaten, en niet van het herstellen of creëren van geluid in het gebied boven de 20 kHz.

Aanvankelijk waren dit afzonderlijke SRC-chips vóór de DAC, die vervolgens rechtstreeks naar de DAC-chips zelf migreerden. Tegenwoordig kun je oplossingen vinden waarbij zo'n chip wordt toegevoegd aan moderne DAC's, dit wordt gedaan om een ​​alternatief te bieden voor de ingebouwde algoritmen in de DAC en soms nog beter geluid te krijgen (zoals dit bijvoorbeeld gebeurt in de Hidizs AP100).

De belangrijkste weigering in de industrie van multibit DAC's vond plaats vanwege de onmogelijkheid van verdere technologische ontwikkeling van kwaliteitsindicatoren met de huidige productietechnologieën en de hogere kosten in vergelijking met "pulse" DAC's met vergelijkbare kenmerken. Bij Hi-End-producten wordt echter vaak de voorkeur gegeven aan oude multi-bit DAC's boven nieuwe oplossingen met technisch betere eigenschappen.

DAC's schakelen

Aan het einde van de jaren zeventig raakte een alternatieve versie van DAC’s, gebaseerd op een ‘pulse’-architectuur – ‘delta-sigma’ – wijdverspreid. Pulse DAC-technologie maakte de opkomst van ultrasnelle schakelaars mogelijk en maakte het gebruik van hoge draaggolffrequenties mogelijk.

De signaalamplitude is de gemiddelde waarde van de pulsamplitudes (pulsen met gelijke amplitude worden groen weergegeven en de resulterende geluidsgolf wordt wit weergegeven).

Een reeks van acht cycli van vijf pulsen geeft bijvoorbeeld een gemiddelde amplitude (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Hoe hoger de draaggolffrequentie, hoe meer pulsen worden afgevlakt en hoe nauwkeuriger de amplitudewaarde wordt verkregen. Dit maakte het mogelijk om de audiostream in één-bit-vorm met een groot dynamisch bereik te presenteren.

Middeling kan worden gedaan met een gewoon analoog filter, en als een dergelijke reeks pulsen rechtstreeks op de luidspreker wordt toegepast, krijgen we aan de uitgang geluid en worden ultrahoge frequenties niet gereproduceerd vanwege de hoge traagheid van de zender. PWM-versterkers werken volgens dit principe in klasse D, waar de energiedichtheid van pulsen niet wordt gecreëerd door hun aantal, maar door de duur van elke puls (wat gemakkelijker te implementeren is, maar niet kan worden beschreven met een eenvoudige binaire code).

Een multibit DAC kan worden gezien als een printer die kleur kan toepassen met behulp van Pantone-inkten. Delta-Sigma is een inkjetprinter met een beperkt kleurenbereik, maar vanwege de mogelijkheid om zeer kleine stippen aan te brengen (vergeleken met een geweiprinter), produceert deze meer tinten vanwege de verschillende dichtheid van stippen per oppervlakte-eenheid.

In een afbeelding zien we vanwege de lage resolutie van het oog meestal geen individuele stippen, maar alleen de gemiddelde toon. Op dezelfde manier hoort het oor impulsen niet individueel.

Uiteindelijk is het met de huidige technologieën in gepulseerde DAC's mogelijk om een ​​golf te verkrijgen die dichtbij ligt wat theoretisch zou moeten worden verkregen bij het benaderen van tussenliggende coördinaten.

Opgemerkt moet worden dat na de komst van de delta-sigma DAC de relevantie van het stapsgewijs tekenen van een “digitale golf” verdween, omdat Dit is hoe moderne DAC's een golf niet stapsgewijs opbouwen. Het is juist om een ​​discreet signaal te construeren met punten verbonden door een vloeiende lijn.

Zijn schakelende DAC's ideaal?

Maar in de praktijk is niet alles rooskleurig en zijn er een aantal problemen en beperkingen.

Omdat Omdat het overweldigende aantal records wordt opgeslagen in een multi-bit signaal, vereist de conversie naar een pulssignaal met behulp van het “bit-naar-bit” principe een onnodig hoge draaggolffrequentie, die moderne DAC's niet ondersteunen.

De belangrijkste functie van moderne puls-DAC's is het omzetten van een meerbitssignaal in een enkelbitssignaal met een relatief lage draaggolffrequentie met datadecimering. Kortom, het zijn deze algoritmen die de uiteindelijke geluidskwaliteit van puls-DAC's bepalen.

Om het probleem van de hoge draaggolffrequentie te verminderen, wordt de audiostroom verdeeld in verschillende stromen van één bit, waarbij elke stroom verantwoordelijk is voor zijn eigen bitgroep, wat equivalent is aan een veelvoud van de draaggolffrequentie van het aantal stromen. Dergelijke DAC's worden multibit delta-sigma genoemd.

Tegenwoordig hebben gepulseerde DAC's een tweede wind gekregen in snelle chips voor algemeen gebruik in producten van NAD en Chord vanwege de mogelijkheid om conversie-algoritmen flexibel te programmeren.

DSD-formaat

Na het wijdverbreide gebruik van delta-sigma DAC's was het heel logisch dat er een formaat ontstond voor het rechtstreeks opnemen van binaire code in delta-sigma-codering. Dit formaat heet DSD (Direct Stream Digital).

Het formaat werd om verschillende redenen niet veel gebruikt. Het bewerken van bestanden in dit formaat bleek onnodig beperkt: je kunt geen streams mixen, het volume aanpassen of egalisatie toepassen. Dit betekent dat u zonder kwaliteitsverlies alleen analoge opnames kunt archiveren en zonder verdere verwerking live-optredens met twee microfoons kunt opnemen. Kortom, je kunt niet echt geld verdienen.

In de strijd tegen piraterij werden schijven in SA-CD-formaat niet ondersteund (en worden ze nog steeds niet) door computers, waardoor het onmogelijk is om er kopieën van te maken. Geen kopieën – geen breed publiek. Het was alleen mogelijk om DSD-audiocontent af te spelen vanaf een aparte SA-CD-speler vanaf een eigen schijf. Als er voor het PCM-formaat een SPDIF-standaard bestaat voor digitale gegevensoverdracht van een bron naar een afzonderlijke DAC, dan is er voor het DSD-formaat geen standaard en werden de eerste illegale kopieën van SA-CD-schijven gedigitaliseerd vanaf de analoge uitgangen van SA-CD-schijven. CD-spelers (hoewel de situatie stom lijkt, maar in werkelijkheid zijn sommige opnames alleen op SA-CD uitgebracht, of is dezelfde opname op Audio-CD opzettelijk van slechte kwaliteit gemaakt om SA-CD te promoten).

Het keerpunt vond plaats met de release van SONY-gameconsoles, waarbij de SA-CD-schijf automatisch naar de harde schijf van de console werd gekopieerd voordat deze werd afgespeeld. Fans van het DSD-formaat profiteerden hiervan. Het verschijnen van illegale opnames stimuleerde de markt om aparte DAC's uit te brengen voor het afspelen van DSD-streams. De meeste externe DAC's met DSD-ondersteuning ondersteunen tegenwoordig USB-gegevensoverdracht met behulp van het DoP-formaat als een afzonderlijke codering van het digitale signaal via SPDIF.

De draaggolffrequenties voor DSD zijn relatief klein, 2,8 en 5,6 MHz, maar deze audiostream vereist geen datareductieconversie en is behoorlijk concurrerend met formaten met hoge resolutie, zoals dvd-audio.

Er is geen duidelijk antwoord op de vraag wat beter is: DSP of PCM. Het hangt allemaal af van de kwaliteit van de implementatie van een bepaalde DAC en het talent van de geluidstechnicus bij het opnemen van het uiteindelijke bestand.

Algemene conclusie

Analoog geluid is wat we met onze ogen horen en waarnemen als de wereld om ons heen. Digitaal geluid is een reeks coördinaten die een geluidsgolf beschrijven en die we niet rechtstreeks kunnen horen zonder conversie naar een analoog signaal.

Een analoog signaal dat rechtstreeks op een audiocassette of vinyl is opgenomen, kan niet opnieuw worden opgenomen zonder kwaliteitsverlies, terwijl een golf in digitale weergave bit voor bit kan worden gekopieerd.

Digitale opnameformaten zijn een constante afweging tussen de mate van coördinatennauwkeurigheid en de bestandsgrootte, en elk digitaal signaal is slechts een benadering van het originele analoge signaal. De verschillende technologieniveaus voor het opnemen en reproduceren van een digitaal signaal en het opslaan op media voor een analoog signaal geven echter meer voordelen aan de digitale weergave van het signaal, vergelijkbaar met een digitale camera versus een filmcamera.

Een analoog signaal is een datasignaal waarin elk van de representatieve parameters wordt beschreven door een functie van de tijd en een continue reeks mogelijke waarden.

Er zijn twee signaalruimten: de ruimte L (continue signalen) en de ruimte l (L klein) - de ruimte van reeksen. De ruimte l (L klein) is de ruimte van Fourier-coëfficiënten (een telbare reeks getallen die een continue functie definiëren op een eindig interval van het definitiedomein), de ruimte L is de ruimte van continue (analoge) signalen over het domein van definitie. Onder bepaalde omstandigheden wordt de ruimte L op unieke wijze in kaart gebracht in de ruimte l (bijvoorbeeld de eerste twee discretisatiestellingen van Kotelnikov).

Analoge signalen worden beschreven door continue functies van de tijd. Daarom wordt een analoog signaal ook wel een continu signaal genoemd. Analoge signalen worden gecontrasteerd met discrete (gekwantiseerde, digitale). Voorbeelden van doorlopende ruimtes en bijbehorende fysieke grootheden:

direct: elektrische spanning

cirkel: positie van een rotor, wiel, tandwiel, analoge wijzers of fase van een draaggolfsignaal

segment: positie van een zuiger, bedieningshendel, vloeistofthermometer of elektrisch signaal met beperkte amplitude diverse multidimensionale ruimtes: kleur, kwadratuurgemoduleerd signaal.

De eigenschappen van analoge signalen zijn grotendeels het tegenovergestelde van die van gekwantiseerde of digitale signalen.

De afwezigheid van duidelijk te onderscheiden discrete signaalniveaus maakt het onmogelijk om het concept van informatie toe te passen in de vorm zoals deze in digitale technologieën wordt begrepen om deze te beschrijven. De “hoeveelheid informatie” die in één meting zit, wordt alleen beperkt door het dynamische bereik van het meetinstrument.

Geen redundantie. Uit de continuïteit van de waarderuimte volgt dat eventuele ruis die in het signaal wordt geïntroduceerd niet te onderscheiden is van het signaal zelf en daarom kan de oorspronkelijke amplitude niet worden hersteld. In feite is filteren bijvoorbeeld mogelijk door middel van frequentiemethoden, als er aanvullende informatie over de eigenschappen van dit signaal (in het bijzonder de frequentieband) bekend is.

Sollicitatie:

Analoge signalen worden vaak gebruikt om voortdurend veranderende fysieke grootheden weer te geven. Een analoog elektrisch signaal afkomstig van een thermokoppel draagt ​​bijvoorbeeld informatie over temperatuurveranderingen, een signaal van een microfoon draagt ​​informatie over snelle veranderingen in druk in een geluidsgolf, enz.

2.2 Digitaal signaal

Een digitaal signaal is een datasignaal waarin elk van de representatieve parameters wordt beschreven door een discrete tijdfunctie en een eindige reeks mogelijke waarden.

De signalen zijn discrete elektrische of lichtpulsen. Bij deze methode wordt de volledige capaciteit van het communicatiekanaal gebruikt om één signaal uit te zenden. Het digitale signaal gebruikt de gehele kabelbandbreedte. Bandbreedte is het verschil tussen de maximale en minimale frequentie die over een kabel kan worden verzonden. Elk apparaat op dergelijke netwerken verzendt gegevens in beide richtingen, en sommige kunnen tegelijkertijd ontvangen en verzenden. Smalbandsystemen (basisband) verzenden gegevens in de vorm van een digitaal signaal met een enkele frequentie.

Een discreet digitaal signaal is moeilijker over lange afstanden te verzenden dan een analoog signaal, daarom wordt het voorgemoduleerd aan de zenderzijde en gedemoduleerd aan de informatieontvangerzijde. Het gebruik van algoritmen voor het controleren en herstellen van digitale informatie in digitale systemen kan de betrouwbaarheid van de informatieoverdracht aanzienlijk vergroten.

Opmerking. Houd er rekening mee dat een echt digitaal signaal analoog is in zijn fysieke aard. Als gevolg van ruis en veranderingen in de transmissielijnparameters zijn er fluctuaties in amplitude, fase/frequentie (jitter) en polarisatie. Maar dit analoge signaal (puls en discreet) is begiftigd met de eigenschappen van een getal. Als gevolg hiervan wordt het mogelijk om numerieke methoden (computerverwerking) te gebruiken om het te verwerken.