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 toevoegen aan deze lijn (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 werd 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 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. DSD-audio-inhoud kon alleen vanaf een aparte SA-CD-speler vanaf een eigen schijf worden afgespeeld. 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 vóór het afspelen automatisch naar de harde schijf van de console werd gekopieerd. 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 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 direct 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.

Digitale elektronica vervangt nu steeds meer de traditionele analoge elektronica. Toonaangevende bedrijven die een breed scala aan elektronische apparatuur produceren, kondigen steeds vaker een volledige transitie naar digitale technologie aan.

Vooruitgang in de productietechnologie voor elektronische chips heeft gezorgd voor de snelle ontwikkeling van digitale technologie en apparaten. Het gebruik van digitale methoden voor signaalverwerking en -overdracht kan de kwaliteit van communicatielijnen aanzienlijk verbeteren. Digitale methoden voor signaalverwerking en schakelen in telefonie maken het mogelijk om het gewicht en de afmetingen van schakelapparaten meerdere keren te verminderen, de communicatiebetrouwbaarheid te vergroten en extra functionaliteit te introduceren.

De komst van snelle microprocessors, geheugenchips met grote volumes en kleine apparaten voor informatieopslag op harde media met grote volumes maakte het mogelijk om tamelijk goedkope universele persoonlijke elektronische computers (computers) te creëren, die een zeer brede toepassing hebben gevonden in het dagelijks leven en de productie.

Digitale technologie is onmisbaar in telesignalerings- en telecontrolesystemen die worden gebruikt bij geautomatiseerde productie, controle van objecten op afstand, bijvoorbeeld ruimteschepen, benzinepompstations, enz. Digitale technologie heeft ook een sterke plaats ingenomen in elektrische en radiomeetsystemen. Ook moderne apparaten voor het opnemen en weergeven van signalen zijn ondenkbaar zonder het gebruik van digitale apparaten. Digitale apparaten worden veel gebruikt om huishoudelijke apparaten te bedienen.

Het is zeer waarschijnlijk dat digitale apparaten in de toekomst de elektronicamarkt zullen domineren.

Laten we eerst enkele basisdefinities geven.

Signaal is elke fysieke grootheid (bijvoorbeeld temperatuur, luchtdruk, lichtintensiteit, stroomsterkte, enz.) die in de loop van de tijd verandert. Het is dankzij deze tijdsverandering dat het signaal enige informatie kan bevatten.

Elektrisch signaal is een elektrische grootheid (bijvoorbeeld spanning, stroom, vermogen) die in de loop van de tijd verandert. Alle elektronica werkt voornamelijk op elektrische signalen, hoewel de laatste tijd steeds meer gebruik wordt gemaakt van lichtsignalen, die een in de tijd variërende lichtintensiteit vertegenwoordigen.

Analoog signaal is een signaal dat binnen bepaalde grenzen elke waarde kan aannemen (de spanning kan bijvoorbeeld soepel veranderen van nul naar tien volt). Apparaten die alleen met analoge signalen werken, worden analoge apparaten genoemd.

Digitaal signaal is een signaal dat slechts twee waarden kan aannemen (soms drie waarden). Bovendien zijn enkele afwijkingen van deze waarden toegestaan ​​(Fig. 1.1). De spanning kan bijvoorbeeld twee waarden aannemen: van 0 tot 0,5 V (nulniveau) of van 2,5 tot 5 V (eenheidsniveau). Apparaten die uitsluitend met digitale signalen werken, worden digitale apparaten genoemd.

In de natuur zijn bijna alle signalen analoog, dat wil zeggen dat ze binnen bepaalde grenzen voortdurend veranderen. Dit is de reden waarom de eerste elektronische apparaten analoog waren. Ze zetten fysieke grootheden om in spanning of stroom die daarmee evenredig was, voerden er enkele bewerkingen op uit en voerden vervolgens inverse conversies uit in fysieke grootheden. Zo wordt de stem van een persoon (luchttrillingen) met behulp van een microfoon omgezet in elektrische trillingen, vervolgens worden deze elektrische signalen versterkt door een elektronische versterker en met behulp van een akoestisch systeem weer omgezet in luchttrillingen, in een luider geluid.

Rijst. 1.1. Elektrische signalen: analoog (links) en digitaal (rechts).

Alle bewerkingen die door elektronische apparaten op signalen worden uitgevoerd, kunnen in drie grote groepen worden verdeeld:

Verwerking (of transformatie);

Uitzending;

Opslag.

In al deze gevallen worden nuttige signalen vervormd door parasitaire signalen - ruis, interferentie, interferentie. Bovendien wordt hun vorm bij het verwerken van signalen (bijvoorbeeld tijdens versterking, filtering) ook vervormd als gevolg van de imperfectie en imperfectie van elektronische apparaten. En bij verzending over lange afstanden en tijdens opslag worden de signalen ook verzwakt.

Rijst. 1.2. Vervorming door ruis en interferentie van een analoog signaal (links) en een digitaal signaal (rechts).

In het geval van analoge signalen verslechtert dit allemaal het bruikbare signaal aanzienlijk, omdat alle waarden ervan zijn toegestaan ​​(Fig. 1.2). Daarom verslechtert elke conversie, elke tussenopslag, elke transmissie via kabel of ether het analoge signaal, soms zelfs tot het punt van volledige vernietiging. We moeten er ook rekening mee houden dat alle ruis, interferentie en interferentie fundamenteel onmogelijk zijn om nauwkeurig te berekenen, daarom is het absoluut onmogelijk om het gedrag van analoge apparaten nauwkeurig te beschrijven. Bovendien veranderen de parameters van alle analoge apparaten in de loop van de tijd als gevolg van veroudering van de elementen, zodat de kenmerken van deze apparaten niet constant blijven.

In tegenstelling tot analoge signalen zijn digitale signalen, die slechts twee toegestane waarden hebben, veel beter beschermd tegen ruis, interferentie en interferentie. Kleine afwijkingen van de toegestane waarden vervormen het digitale signaal op geen enkele manier, omdat er altijd zones met toegestane afwijkingen zijn (Fig. 1.2). Dit is de reden waarom digitale signalen een veel complexere verwerking in meerdere fasen mogelijk maken, veel langere verliesvrije opslag en een transmissie van veel hogere kwaliteit dan analoge signalen. Bovendien kan het gedrag van digitale apparaten altijd absoluut nauwkeurig worden berekend en voorspeld. Digitale apparaten zijn veel minder gevoelig voor veroudering, omdat kleine veranderingen in hun parameters op geen enkele manier hun werking beïnvloeden. Bovendien zijn digitale apparaten gemakkelijker te ontwerpen en te debuggen. Het is duidelijk dat al deze voordelen zorgen voor een snelle ontwikkeling van digitale elektronica.

Digitale signalen hebben echter ook een groot nadeel. Feit is dat een digitaal signaal gedurende ten minste een bepaald minimaal tijdsinterval op elk van zijn toegestane niveaus moet blijven, anders zal het onmogelijk zijn het te herkennen. En een analoog signaal kan in een oneindig kleine tijd elke waarde aannemen. We kunnen het op een andere manier zeggen: een analoog signaal wordt gedefinieerd in continue tijd (dat wil zeggen, op elk tijdstip), en een digitaal signaal wordt gedefinieerd in discrete tijd (dat wil zeggen, alleen op geselecteerde tijdstippen). Daarom zijn de maximaal haalbare prestaties van analoge apparaten altijd fundamenteel groter dan die van digitale apparaten. Analoge apparaten kunnen sneller veranderende signalen verwerken dan digitale. De snelheid van verwerking en verzending van informatie door een analoog apparaat kan altijd hoger worden gemaakt dan de snelheid van verwerking en verzending door een digitaal apparaat.

Bovendien verzendt een digitaal signaal informatie slechts op twee niveaus en door het ene niveau naar het andere te veranderen, terwijl een analoog signaal ook informatie verzendt met elke huidige waarde van zijn niveau, dat wil zeggen dat het ruimer is in termen van informatieoverdracht. Om de hoeveelheid nuttige informatie in één analoog signaal over te brengen, is het daarom meestal nodig om meerdere digitale signalen te gebruiken (meestal van 4 tot 16).

Bovendien zijn, zoals reeds opgemerkt, in de natuur alle signalen analoog, dat wil zeggen dat om ze in digitale signalen om te zetten en voor de omgekeerde conversie het gebruik van speciale apparatuur (analoog-naar-digitaal en digitaal-naar-analoog-omzetters) vereist is. . Niets is dus gratis, en de prijs die moet worden betaald voor de voordelen van digitale apparaten kan soms onaanvaardbaar hoog zijn.

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 de hele tijd 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. Op basis van het fysieke medium van de gegevensdrager worden ze onderverdeeld in elektrische, optische, akoestische en elektromagnetische signalen. 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 op verschillende tijdsintervallen waarden aan.
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 datatransmissie 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 een communicatieapparatuur aankomt, verandert het onmiddellijk zijn vorm in 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 sprake is van sterke vervorming 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.

De gemiddelde mens denkt niet na over de aard van signalen, maar soms wel over het verschil tussen analoge en digitale uitzendingen of formaten. Standaard wordt aangenomen dat analoge technologieën tot het verleden behoren en binnenkort volledig zullen worden vervangen door digitale technologieën. Het is de moeite waard om te weten wat we opgeven ten gunste van nieuwe trends.

Analoog signaal- een datasignaal dat wordt beschreven door continue functies van de tijd, dat wil zeggen dat de amplitude van zijn oscillaties elke waarde binnen het maximum kan aannemen.

Digitaal signaal- een datasignaal dat wordt beschreven door discrete tijdfuncties, dat wil zeggen dat de amplitude van oscillaties alleen strikt gedefinieerde waarden aanneemt.

In de praktijk kunnen we hierdoor stellen dat het analoge signaal gepaard gaat met een grote hoeveelheid ruis, terwijl het digitale signaal dit met succes wegfiltert. Deze laatste is in staat de originele gegevens te herstellen. Bovendien bevat een continu analoog signaal vaak veel onnodige informatie, wat leidt tot redundantie: er kunnen meerdere digitale signalen worden verzonden in plaats van één analoog signaal.

Als we het over televisie hebben, en het is dit gebied dat de meeste consumenten zorgen baart met de overgang naar ‘digitaal’, dan kunnen we het analoge signaal als volledig achterhaald beschouwen. Voorlopig kunnen analoge signalen echter worden ontvangen door alle apparatuur die voor dit doel is ontworpen, terwijl voor digitale signalen speciale apparatuur nodig is. Het is waar dat er door de verspreiding van digitale televisie steeds minder analoge televisies zijn en dat de vraag ernaar catastrofaal afneemt.

Een ander belangrijk kenmerk van een signaal is veiligheid. In dit opzicht demonstreert analoog volledige weerloosheid tegen invloeden of indringers van buitenaf. De digitale wordt gecodeerd door er een code uit radiopulsen aan toe te wijzen, zodat eventuele interferentie wordt uitgesloten. Het is moeilijk om digitale signalen over lange afstanden te verzenden, daarom wordt een modulatie-demodulatieschema gebruikt.

Conclusie website

1. Het analoge signaal is continu, het digitale signaal is discreet.
2. Bij het verzenden van een analoog signaal is er een groter risico dat het kanaal verstopt raakt door interferentie.
3. Het analoge signaal is redundant.
4. Het digitale signaal filtert ruis weg en herstelt de originele gegevens.
5. Het digitale signaal wordt gecodeerd verzonden.
6. Er kunnen meerdere digitale signalen worden verzonden in plaats van één analoog signaal.

Vandaag zullen we proberen erachter te komen wat analoge en digitale signalen zijn? Hun voor- en nadelen. Laten we niet met allerlei wetenschappelijke termen en definities rondgooien, maar proberen de situatie in één oogopslag te begrijpen.

Wat is een analoog signaal?

Een analoog signaal is gebaseerd op de analogie van een elektrisch signaal (stroom- en spanningswaarden) met de waarde van het oorspronkelijke signaal (pixelkleur, geluidsfrequentie en amplitude, enz.). Die. specifieke stroom- en spanningswaarden komen overeen met de overdracht van een specifieke pixelkleur of audiosignaal.

Ik zal een voorbeeld geven waarbij ik een analoog videosignaal gebruik.

De spanning op de draad is 5 volt voor blauw, 6 volt voor groen, 7 volt voor rood.

Om rode, blauwe en groene strepen op het scherm te laten verschijnen, moet je afwisselend 5, 6, 7 volt op de kabel aanbrengen. Hoe sneller we de spanning veranderen, hoe dunner de strepen die we op de monitor krijgen. Door het interval tussen spanningsveranderingen tot een minimum te beperken, krijgen we geen strepen meer, maar afwisselend gekleurde stippen.

Een belangrijk kenmerk van het analoge signaal is het feit dat het strikt van de zender naar de ontvanger wordt verzonden (bijvoorbeeld van een antenne naar een tv), er is geen feedback. Als interferentie de signaaloverdracht verstoort (bijvoorbeeld in plaats van zes volt zijn er vier), wordt de kleur van de pixel vervormd en verschijnen er rimpelingen op het scherm.
Het analoge signaal is continu.
Wat is een digitaal signaal?

Datatransmissie wordt ook uitgevoerd met behulp van een elektrisch signaal, maar er zijn slechts twee betekenissen van deze signalen en ze komen overeen met 0 en 1. Dat wil zeggen. Een reeks nullen en enen wordt langs de draden verzonden. Zoiets: 01010001001, enz. Om ervoor te zorgen dat het ontvangende apparaat (bijvoorbeeld een tv) niet in de war raakt in de verzonden gegevens, worden de nummers in batches verzonden. Het gebeurt ongeveer als volgt: 10100010 10101010 10100000 10111110. Elk dergelijk pakket bevat enige informatie, bijvoorbeeld de kleur van een pixel. Een belangrijk kenmerk van een digitaal signaal is dat de zendende en ontvangende apparaten met elkaar kunnen communiceren en elkaar fouten kunnen corrigeren die tijdens de verzending kunnen optreden.

Voorbeelden van digitale en analoge signaaloverdracht

Voor een digitaal signaal gaat de verzending ongeveer als volgt:

• Interferentie: AHHHHHHHHHHH!
• Televisie: Welke? Ik kan je niet horen!
• Videorecorder: Groen!
• TV: Ja, ik snap het! Ik teken groen.
• TV: Bevestig dat de kleur rood is.
• Videorecorder: Ik bevestig het.
• Televisie: Oké! Ik ben aan het tekenen.

Transmissie voor analoog signaal:

• Videorecorder: Hé, TV, de kleur van de pixel met coördinaten 120x300 is groen.
• Interferentie: AHHHHHHHHHHH!
• Televisie: Welke? Ik kan je niet horen! Verdorie, ik teken blauw.
• Videorecorder: De volgende kleur is rood!
• Interferentie: BANG! BOOM!
• TV: Het lijkt erop dat het rood is! Ik ben aan het tekenen.
• Videorecorder: Schop!
• Interferentie: PSHSHSHSSH!
• Televisie:?!. Moet je iets tekenen?! Laat er een schep zijn!

Voor- en nadelen van digitale en analoge signalen

Uit het bovenstaande kunnen we concluderen dat, als alle overige omstandigheden gelijk blijven, de kwaliteit van de informatieoverdracht met behulp van digitale signalen hoger zal zijn dan met een analoge representatie van het signaal. Tegelijkertijd kunnen de twee technologieën, met een goede ruisimmuniteit, op gelijke voet concurreren.