Дуже часто ми чуємо такі визначення, як «цифровий» чи «дискретний» сигнал, у чому його відмінність від «аналогового»?

Суть розбіжності у тому, що аналоговий сигнал безперервний у часі (блакитна лінія), тоді як цифровий сигнал складається з обмеженого набору координат (червоні точки). Якщо все зводити до координат, то будь-який відрізок аналогового сигналу складається з безлічі координат.

У цифрового сигналу координати горизонтальної осі розташовані через рівні проміжки часу, відповідно до частоти дискретизації. У поширеному форматі Audio-CD це 44 100 пікселів в секунду. По вертикалі точність висоти координати відповідає розрядності цифрового сигналу, для 8 біт це 256 рівнів, для 16 біт = 65536 і для 24 біт = 16777216 рівнів. Чим вище розрядність (кількість рівнів), тим ближчі координати по вертикалі до вихідної хвилі.

Аналоговими джерелами є: вініл та аудіокасети. Цифровими джерелами є: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) та файли у WAVE та DSD форматах (включаючи похідні APE, Flac, Mp3, Ogg тощо).

Переваги та недоліки аналогового сигналу

Перевагою аналогового сигналу і те, що у аналоговому вигляді ми сприймаємо звук своїми вухами. І хоча наша слухова система переводить звуковий потік, що сприймається, в цифровий вигляд і передає в такому вигляді в мозок, наука і техніка поки не дійшла до можливості саме в такому вигляді підключати плеєри та інші джерела звуку навпростець. Подібні дослідження зараз активно ведуться для людей з обмеженими можливостями, а ми насолоджуємось виключно аналоговим звуком.

Недоліком аналогового сигналу є можливості зберігання, передачі і тиражування сигналу. При записі на магнітну стрічку або вініл, якість сигналу залежатиме від властивостей стрічки або вінілу. Згодом стрічка розмагнічується і якість записаного сигналу погіршується. Кожне зчитування поступово руйнує носій, а перезапис вносить додаткові спотворення, де додаткові відхилення додає наступний носій (стрічка або вініл), пристрої зчитування, запису та передачі сигналу.

Робити копію аналогового сигналу це все одно, що для копіювання фотографії її ще раз сфотографувати.

Переваги та недоліки цифрового сигналу

До переваг цифрового сигналу відноситься точність при копіюванні та передачі звукового потоку, де оригінал нічим не відрізняється від копії.

Основним недоліком можна вважати те, що сигнал у цифровому вигляді є проміжною стадією і точність кінцевого аналогового сигналу залежатиме від того, наскільки докладно і точно буде описана координатами звукова хвиля. Цілком логічно, що чим більше точок і чим точніше будуть координати, тим більш точною буде хвиля. Але досі немає єдиної думки, яка кількість координат і точність даних є достатньою для того, щоб сказати, що цифрове уявлення сигналу достатньо для точного відновлення аналогового сигналу, невідмінного від оригіналу нашими вухами.

Якщо оперувати обсягами даних, то місткість звичайної аналогової аудіокасети становить близько 700-1,1 Мб, тоді як звичайний компакт диск вміщує 700 Мб. Це дає уявлення необхідність носіїв великої ємності. І це породжує окрему війну компромісів з різними вимогами щодо кількості точок, що описують, і за точністю координат.

На сьогоднішній день вважається цілком достатнім уявлення звукової хвилі із частотою дискретизації 44,1 кГц та розрядності 16 біт. При частоті дискретизації 44,1 кГц можна відновити сигнал із частотою до 22 кГц. Як свідчать психоакустичні дослідження, подальше підвищення частоти дискретизації мало помітно, тоді як підвищення розрядності дає суб'єктивне поліпшення.

Як ЦАП будують хвилю

ЦАП – це цифро-аналоговий перетворювач, елемент, що переводить цифровий звук аналоговий. Ми розглянемо поверхнево-основні принципи. Якщо за коментарями буде видно інтерес докладніше розглянути низку моментів, то буде випущено окремий матеріал.

Мультибітні ЦАП

Дуже часто хвилю представляють у вигляді сходів, що зумовлено архітектурою першого покоління мультибітних ЦАП R-2R, що працюють аналогічно перемикачеві з реле.

На вхід ЦАП надходить значення чергової координати по вертикалі і кожен свій такт він перемикає рівень струму (напруги) на відповідний рівень до наступної зміни.

Хоча вважається, що вухо людини чує не вище 20 кГц, і теоретично Найквіста можна відновити сигнал до 22 кГц, залишається питання якості цього сигналу після відновлення. У сфері високих частот форма отриманої «ступінчастої» хвилі зазвичай далека від оригінальної. Найпростіший вихід із ситуації – це збільшувати частоту дискретизації під час запису, але це призводить до суттєвого та небажаного зростання обсягу файлу.

Альтернативний варіант – штучно збільшити частоту дискретизації при відтворенні ЦАП, додаючи проміжні значення. Тобто. ми представляємо шлях безперервної хвилі (сіра пунктирна лінія), що плавно з'єднує вихідні координати (червоні точки) і додаємо проміжні точки на цій лінії (темно фіолетові).

При збільшенні частоти дискретизації зазвичай необхідно підвищувати і розрядність, щоб координати були ближчими до апроксимованої хвилі.

Завдяки проміжним координатам вдається зменшити «сходинки» та побудувати хвилю ближче до оригіналу.

Коли ви бачите функцію підвищення частоти з 44.1 до 192 кГц у плеєрі чи зовнішньому ЦАП, це функція додавання проміжних координат, а чи не відновлення чи створення звуку області вище 20 кГц.

Спочатку це були окремі SRC мікросхеми до ЦАП, які потім перекочували у самі мікросхеми ЦАП. Сьогодні можна зустріти рішення, де до сучасних ЦАП додається така мікросхема, це зроблено для того, щоб забезпечити альтернативу вбудованим алгоритмам ЦАП і часом отримати ще кращий звук (як наприклад це зроблено в Hidizs AP100).

Основна відмова в індустрії від мультибітних ЦАП відбулася через неможливість подальшого технологічного розвитку якісних показників при поточних технологіях виробництва та вищої вартості проти «імпульсних» ЦАП-ів із порівнянними характеристиками. Тим не менш, у Hi-End продуктах перевагу віддають часто старим мультибітним ЦАП-ам, ніж новим рішенням з технічно кращими характеристиками.

Імпульсні ЦАП

Наприкінці 70-х широкого поширення набув альтернативний варіант ЦАП-ів, заснований на «імпульсній» архітектурі – «дельта-сигма». Технологія імпульсних ЦАПів стала можливою появі надшвидких ключів і дозволила використовувати високу несучу частоту.

Амплітуда сигналу є середнім значенням амплітуд імпульсів (зеленим показані імпульси рівної амплітуди, а білим підсумкова звукова хвиля).

Наприклад, послідовність у вісім тактів п'яти імпульсів дасть усереднену амплітуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чим вище несуча частота, тим більше імпульсів потрапляє під згладжування і виходить точніше значення амплітуди. Це дозволило уявити звуковий потік у однобітному вигляді із широким динамічним діапазоном.

Усереднення можна робити стандартним аналоговим фільтром і якщо такий набір імпульсів подати безпосередньо на динамік, то на виході ми отримаємо звук, а ультра високі частоти не будуть відтворені через велику інертність випромінювача. За цим принципом працюють ШІМ підсилювачі в класі D, де щільність енергії імпульсів створюється не їх кількістю, а тривалістю кожного імпульсу (що простіше в реалізації, але неможливо описати простим двійковим кодом).

Мультибітний ЦАП можна як принтер, здатний наносити колір пантоновими фарбами. Дельта-Сігма – це струменевий принтер з обмеженим набором кольорів, але завдяки можливості нанесення дуже дрібних крапок (порівняно з пантовим принтером), за рахунок різної щільності крапок на одиницю поверхні дає більше відтінків.

На зображенні ми зазвичай не бачимо окремих точок через низьку роздільну здатність ока, а тільки середній тон. Аналогічно і вухо не чує імпульсів окремо.

У кінцевому підсумку при поточних технологіях імпульсних ЦАП можна отримати хвилю, близьку до тієї, що теоретично повинна вийде при апроксимації проміжних координат.

Слід зазначити, що з появи дельта-сигма ЦАП зникла актуальність малювати «цифрову хвилю» сходами, т.к. так сходинками хвилю сучасні ЦАП не будують. Правильно дискретний сигнал будувати точками з'єднаною плавною лінією.

Чи є ідеальними імпульсні ЦАП?

Але на практиці не все безхмарно, і існує низка проблем та обмежень.

Т.к. переважна кількість записів збережено в багаторозрядному сигналі, то переведення в імпульсний сигнал за принципом «біт у біт» вимагає надмірно високу частоту, яку сучасні ЦАП не підтримують.

Основною функцією сучасних імпульсних ЦАП є переведення багаторозрядного сигналу в однобітний з відносно невисокою частотою, що несе, з проріджуванням даних. В основному саме ці алгоритми визначають кінцеву якість звучання імпульсних ЦАП-ів.

Щоб зменшити проблему високої частоти, що несе, звуковий потік розбивається на кілька однобітних потоків, де кожен потік відповідає за свою групу розряду, що еквівалентно кратного збільшення несучої частоти від числа потоків. Такі ЦАП називаються мультибітними дельта-сигмами.

Сьогодні імпульсні ЦАП отримали друге дихання в швидкодіючих мікросхемах загального призначення в продуктах компаній NAD і Chord за рахунок можливості гнучко програмувати алгоритми перетворення.

Формат DSD

Після поширення дельта-сигма ЦАП-ов цілком логічним було й появи формату запису двійкового коду безпосередньо дельта-сигма кодування. Цей формат отримав назву DSD (Direct Stream Digital).

Широкого поширення формат не набув з кількох причин. Редагування файлів у цьому форматі виявилося занадто обмеженим: не можна мікшувати потоки, регулювати гучність і застосовувати еквалізацію. А це означає, що без втрати якості можна лише архівувати аналогові записи та робити двомікрофонний запис живих виступів без подальшої обробки. Одним словом – грошей до ладу не заробити.

У боротьбі з піратством диски формату SA-CD не підтримувалися (і досі не підтримуються) комп'ютерами, що не дозволяє робити їх копії. Немає копій – немає широкої аудиторії. Відтворити DSD аудіоконтент можна тільки з окремого SA-CD програвача з фірмового диска. Якщо для формату PCM є стандарт SPDIF для цифрової передачі даних від джерела до окремого ЦАП, то для DSD формату стандарту немає і перші піратські копії SA-CD дисків були оцифровками з аналогових виходів SA-CD програвачів (хоч ситуація і здається дурною, але насправді деякі записи виходили тільки на SA-CD, або той самий запис на Audio-CD спеціально було зроблено неякісно для просування SA-CD).

Переломний момент стався з виходом ігрових приставок SONY, де SA-CD диск до відтворення автоматично копіювався на жорсткий диск. Цим користувалися шанувальники формату DSD. Поява піратських записів простимулювала ринок випуск окремих ЦАП для відтворення DSD потоку. Більшість зовнішніх ЦАП з підтримкою DSD на сьогоднішній день підтримує передачу даних через USB використовуючи формат DoP у вигляді окремого кодування цифрового сигналу через SPDIF.

Несучі частоти для DSD порівняно невеликі, 2.8 і 5.6 МГц, але цей звуковий потік не вимагає жодних перетворень з проріджуванням даних і цілком конкурентноздатний з форматами високої роздільної здатності, такими як DVD-Audio.

На питання, що краще, DSP або PCM однозначної відповіді немає. Все впирається у якість реалізації конкретного ЦАП та таланту звукорежисера під час запису кінцевого файлу.

Загальний висновок

Аналоговий звук – це те, що ми чуємо та сприймаємо як навколишній світ очима. Цифровий звук, це набір координат, що описують звукову хвилю, і який безпосередньо почути не можемо без перетворення на аналоговий сигнал.

Аналоговий сигнал, записаний безпосередньо на аудіокасету або вініл, не можна без втрати якості перезаписати, тоді як хвилю в цифровому поданні можна копіювати біт в біт.

Цифрові формати запису є постійним компромісом між кількістю точністю координат проти об'єму файлу та будь-який цифровий сигнал є лише наближенням до вихідного аналогового сигналу. Однак при цьому різний рівень технологій запису та відтворення цифрового сигналу та зберігання на носіях для аналогового сигналу дають більше переваг цифровому представленню сигналу, аналогічно цифровій фотокамері проти плівкового фотоапарата.

Цифрова електроніка в даний час все більше і більше витісняє традиційну аналогову. Провідні фірми, що проводять найрізноманітнішу електронну апаратуру, все частіше заявляють про повний перехід на цифрову технологію.

Успіхи у технології виробництва електронних мікросхем забезпечили бурхливий розвиток цифрової техніки та пристроїв. Використання цифрових методів обробки та передачі сигналів дозволяє суттєво підвищити якість ліній зв'язку. Цифрові методи обробки та комутації сигналів у телефонії дозволяють у кілька разів скоротити масогабаритні характеристики пристроїв комутації, підвищити надійність зв'язку, ввести додаткові функціональні можливості.

Поява швидкодіючих мікропроцесорів, мікросхем оперативної пам'яті великих обсягів, малогабаритних пристроїв зберігання інформації на жорстких носіях великих обсягів дозволило створити досить недорогі універсальні персональні електронні обчислювальні машини (комп'ютери), що знайшли дуже широке застосування у побуті та виробництві.

Цифрова техніка незамінна в системах телесигналізації та телеуправління, що застосовуються в автоматизованих виробництвах, управлінні віддаленими об'єктами, наприклад, космічними кораблями, газоперекачуючими станціями тощо. Сучасні пристрої реєстрації та відтворення сигналів також неможливі без застосування цифрових пристроїв. Цифрові пристрої широко використовуються для керування побутовими приладами.

Цілком можливо, що в майбутньому цифрові пристрої займуть домінуюче положення на ринку електроніки.

Для початку дамо кілька базових визначень.

Сигнал- це будь-яка фізична величина (наприклад, температура, тиск повітря, інтенсивність світла, сила струму і т. д.), що змінюється з часом. Саме завдяки цій зміні у часі сигнал може нести в собі якусь інформацію.

Електричний сигнал- Це електрична величина (наприклад, напруга, струм, потужність), що змінюється з часом. Вся електроніка в основному працює з електричними сигналами, хоча останнім часом все більше використовуються світлові сигнали, які являють собою інтенсивність світла, що змінюється в часі.

Аналоговий сигнал- Це сигнал, який може приймати будь-які значення в певних межах (наприклад, напруга може плавно змінюватися в межах від нуля до десяти вольт). Пристрої, що працюють тільки з аналоговими сигналами, називаються аналоговими пристроями.

Цифровий сигнал— це сигнал, який може набувати лише двох значень (іноді — три значення). Причому дозволені деякі відхилення від цих значень (рис. 1.1). Наприклад, напруга може приймати два значення: від 0 до 0,5 (рівень нуля) або від 2,5 до 5 (рівень одиниці). Пристрої, що працюють виключно з цифровими сигналами, називаються цифровими пристроями.

У природі практично всі аналогові сигнали, тобто вони змінюються безперервно в деяких межах. Саме тому перші електронні пристрої були аналоговими. Вони перетворювали фізичні величини в пропорційні їм напругу або струм, виконували над ними якісь операції і потім виконували зворотні перетворення у фізичні величини. Наприклад, голос людини (коливання повітря) за допомогою мікрофона перетворюється на електричні коливання, потім ці електричні сигнали посилюються електронним підсилювачем і за допомогою акустичної системи знову перетворюються на коливання повітря, більш гучний звук.

Мал. 1.1. Електричні сигнали: аналоговий (ліворуч) та цифровий (праворуч).

Всі операції, що проводяться електронними пристроями над сигналами, можна умовно розділити на три великі групи:

Обробка (або перетворення);

Передача;

Зберігання.

У всіх цих випадках корисні сигнали спотворюються паразитними сигналами - шумами, перешкодами, наведеннями. Крім того, при обробці сигналів (наприклад, при посиленні, фільтрації) ще спотворюється і їх форма через недосконалість, неідеальність електронних пристроїв. А при передачі на великі відстані і при зберіганні сигнали ще й послаблюються.

Мал. 1.2. Спотворення шумами і наведеннями аналогового сигналу (ліворуч) і цифрового сигналу (праворуч).

У разі аналогових сигналів все це істотно погіршує корисний сигнал, тому що всі його значення дозволені (рис. 1.2). Тому кожне перетворення, кожне проміжне зберігання, кожна передача по кабелю або ефіру погіршує аналоговий сигнал, іноді аж до його повного знищення. Треба ще врахувати, що всі шуми, перешкоди та наведення принципово не піддаються точному розрахунку, тому точно описати поведінку будь-яких аналогових пристроїв абсолютно неможливо. До того ж згодом параметри всіх аналогових пристроїв змінюються через старіння елементів, тому характеристики цих пристроїв не залишаються постійними.

На відміну від аналогових, цифрові сигнали, що мають всього два дозволені значення, захищені від дії шумів, наведень і перешкод набагато краще. Невеликі відхилення від дозволених значень не спотворюють цифровий сигнал, оскільки завжди існують зони допустимих відхилень (рис. 1.2). Саме тому цифрові сигнали допускають набагато складнішу і багатоступінчасту обробку, набагато більш тривале зберігання без втрат і набагато якіснішу передачу, ніж аналогові. До того ж поведінка цифрових пристроїв завжди можна абсолютно точно розрахувати і передбачити. Цифрові пристрої набагато менше схильні до старіння, так як невелика зміна їх параметрів ніяк не відбивається на їх функціонуванні. Крім того, цифрові пристрої простіше проектувати і налагоджувати. Зрозуміло, що всі ці переваги забезпечують бурхливий розвиток цифрової електроніки.

Однак цифрові сигнали мають і великий недолік. Справа в тому, що на кожному зі своїх дозволених рівнів цифровий сигнал повинен залишатися хоча б протягом якогось мінімального часового інтервалу, інакше його неможливо буде розпізнати. А аналоговий сигнал може приймати будь-яке своє значення нескінченно короткий час. Можна сказати й інакше: аналоговий сигнал визначений у безперервному часі (тобто у будь-який момент часу), а цифровий – у дискретному часі (тобто лише у виділені моменти часу). Тому максимально досяжна швидкодія аналогових пристроїв завжди важливо більше, ніж цифрових пристроїв. Аналогові пристрої можуть працювати з більш швидко мінливими сигналами, ніж цифрові. Швидкість обробки та передачі інформації аналоговим пристроєм завжди може бути зроблена вище, ніж швидкість її обробки та передачі цифровим пристроєм.

Крім того, цифровий сигнал передає інформацію лише двома рівнями та зміною одного свого рівня на інший, а аналоговий передає інформацію ще й кожним поточним значенням свого рівня, тобто він більш ємний з погляду передачі інформації. Тому для передачі того обсягу корисної інформації, який міститься в одному аналоговому сигналі, найчастіше доводиться використовувати кілька цифрових сигналів (зазвичай від 4 до 16).

До того ж, як зазначалося, у природі все сигнали аналогові, тобто перетворення їх у цифрові сигнали й зворотного перетворення потрібно застосування спеціальної апаратури (аналого-цифровых і цифро-аналоговых преобразователей). Так що ніщо не дається задарма, і плата за переваги цифрових пристроїв може часом виявитися неприйнятно великою.

Щодня люди стикаються із використанням електронних приладів. Без них неможливе сучасне життя. Адже йдеться про телевізор, радіо, комп'ютер, телефон, мультиварку та інше. Раніше ще кілька років тому ніхто не замислювався про те, який сигнал використовується в кожному працездатному приладі. Зараз слова «аналоговий», «цифровий», «дискретний» вже давно на слуху. Деякі види сигналів із перерахованих є якісними та надійними.

Цифрова передача почала використовуватися набагато пізніше, ніж аналогова. Це пов'язано з тим, що такий сигнал набагато простіше обслуговувати та й техніка на той момент не була настільки вдосконалена.

З поняттям «дискретність» стикається кожна людина постійно. Якщо перекладати це слово з латинської мови, то означатиме «переривчастість». Заглиблюючись далеко в науку, можна сказати, що дискретний сигнал є методом передачі інформації, який передбачає зміну в часі середовища-переносника. Остання набуває будь-якого значення з усіх можливих. Зараз дискретність йде на другий план, після того, як було ухвалено рішення виробляти системи на чіпі. Вони є цілісними, проте компоненти тісно взаємодіють друг з одним. У дискретності все з точністю навпаки - кожна деталь завершена і пов'язані з іншими з допомогою спеціальних ліній зв'язку.

Сигнал

Сигнал є спеціальним кодом, який передається в простір однією або декількома системами. Це формулювання є загальним.

У сфері інформації та зв'язку сигналом названо спеціальний носій будь-яких даних, який використовується для передачі повідомлень. Він може бути створений, але не прийнятий, остання умова не є обов'язковою. Якщо сигнал є повідомленням, його «ловля» вважається необхідною.

Описуваний код визначається математичною функцією. Вона характеризує всі можливі зміни параметрів. У радіотехнічній теорії ця модель вважається базовою. У ній аналогом сигналу був названий шум. Він є функцією часу, яка вільно взаємодіє з переданим кодом і спотворює його.

У статті охарактеризовано види сигналів: дискретний, аналоговий та цифровий. Також коротко дана основна теорія з описуваної теми.

Види сигналів

Існує кілька наявних сигналів. Розглянемо які бувають види.

1. По фізичному середовищі носія даних поділяють електричний сигнал, оптичний, акустичний та електромагнітний. Є ще кілька видів, але вони маловідомі.
2. За способом завдання сигнали поділяються на регулярні та нерегулярні. Перші є детерміновані методи передачі даних, які задаються аналітичною функцією. Випадкові формулюються за рахунок теорії ймовірності, а також вони приймають будь-які значення в різні проміжки часу.
3. Залежно від функцій, які описують всі параметри сигналу, методи передачі можуть бути аналоговими, дискретними, цифровими (спосіб, який є квантованим за рівнем). Вони використовуються для роботи багатьох електричних приладів.

Тепер читачеві відомі усі види передачі сигналів. Розібратися в них не важко будь-якій людині, головне - трохи подумати і згадати шкільний курс фізики.

Навіщо обробляється сигнал?

Сигнал обробляється з метою передачі та отримання інформації, яка в ньому зашифрована. Як тільки вона буде вилучена, її можна використовувати у різний спосіб. В окремих ситуаціях її переформатують.

Існує й інша причина обробки всіх сигналів. Вона полягає у невеликому стисканні частот (щоб не пошкодити інформацію). Після цього її форматують та передають на повільних швидкостях.

В аналоговому та цифровому сигналах використовуються особливі методи. Зокрема, фільтрація, пакунок, кореляція. Вони необхідні відновлення сигналу, якщо він пошкоджений чи має шум.

Створення та формування

Найчастіше для формування сигналів необхідний аналого-цифровий (АЦП) і найчастіше вони обидва використовуються лише в ситуації із застосуванням DSP-технологій. В інших випадках підійде лише використання ЦАП.

При створенні фізичних аналогових кодів з подальшим застосуванням цифрових методів покладаються отриману інформацію, яка передається зі спеціальних приладів.

Динамічний діапазон

Обчислюється різницею більшого та меншого рівня гучності, що виражені в децибелах. Він повністю залежить від твору та особливостей виконання. Йдеться як про музичні треки, так і про звичайні діалоги між людьми. Якщо брати, наприклад, диктора, який читає новини, його динамічний діапазон коливається в районі 25-30 дБ. А під час читання якогось твору він може зростати до 50 дБ.

Аналоговий сигнал

Аналоговий сигнал є безперервним у часі способом передачі. Недоліком його можна назвати присутність шуму, що іноді призводить до повної втрати інформації. Дуже часто виникають такі ситуації, що неможливо визначити де в коді важливі дані, а де звичайні спотворення.

Саме через це цифрова обробка сигналів набула великої популярності і поступово витісняє аналогову.

Цифровий сигнал

Цифровий сигнал є особливим, він описується за рахунок дискретних функцій. Його амплітуда може прийняти певне значення вже з заданих. Якщо аналоговий сигнал здатний надходити з великою кількістю шумів, то цифровий відфільтровує більшу частину отриманих перешкод.

Крім цього, такий вид передачі переносить інформацію без зайвого смислового навантаження. Через один фізичний канал може бути відправлено відразу кілька кодів.

Види цифрового сигналу немає, оскільки він виділяється як окремий і самостійний метод передачі. Він є двійковим потоком. У наш час такий сигнал вважається найпопулярнішим. Це з простотою використання.

Застосування цифрового сигналу

Чим відрізняється цифровий електричний сигнал від інших? Тим, що він здатний здійснювати в ретранслятор повну регенерацію. Коли обладнання зв'язку надходить сигнал, що має найменші перешкоди, він відразу ж змінює свою форму на цифрову. Це дозволяє, наприклад, телевежі знову сформувати сигнал, але без шумового ефекту.

Якщо код надходить вже з великими спотвореннями, то, на жаль, відновленню він не підлягає. Якщо брати в порівнянні аналоговий зв'язок, то в аналогічній ситуації ретранслятор може отримати частину даних, витрачаючи багато енергії.

Обговорюючи стільниковий зв'язок різних форматів, при сильному спотворенні на цифровій лінії розмовляти практично неможливо, оскільки не чути слова чи фрази. Аналоговий зв'язок у такому разі дієвіший, адже можна продовжувати вести діалог.

Саме через подібні неполадки цифровий сигнал ретранслятори формують дуже часто для того, щоб скоротити розрив лінії зв'язку.

Дискретний сигнал

Зараз кожна людина користується мобільним телефоном чи якоюсь «дзвонилкою» на своєму комп'ютері. Одне із завдань приладів чи програмного забезпечення - це передача сигналу, у разі голосового потоку. Для перенесення безперервної хвилі необхідний канал, який би пропускну здатність вищого рівня. Саме тому було вирішено використовувати дискретний сигнал. Він створює не саму хвилю, а її цифровий вигляд. Чому ж? Тому що передача йде від техніки (наприклад, телефону чи комп'ютера). У чому переваги такого виду перенесення інформації? З його допомогою зменшується загальна кількість даних, що передаються, а також легше організується пакетна відправка.

Поняття «дискретизація» вже давно стабільно використовується у роботі обчислювальної техніки. Завдяки такому сигналу передається не безперервна інформація, повністю закодована спеціальними символами і літерами, а дані, зібрані в особливі блоки. Вони є окремими та закінченими частинками. Такий метод кодування вже давно відсунувся на другий план, проте не зник повністю. За допомогою нього можна легко передавати невеликі шматки інформації.

Порівняння цифрового та аналогового сигналів

Купуючи техніку, навряд чи хтось думає про те, які види сигналів використані в тому чи іншому приладі, а про їхнє середовище та природу тим більше. Але іноді все ж таки доводиться розбиратися з поняттями.

Вже давно стало зрозуміло, що аналогові технології втрачають попит, адже їхнє використання нераціональне. Натомість приходить цифровий зв'язок. Потрібно розуміти, про що йдеться і від чого відмовляється людство.

Якщо говорити коротко, то аналоговий сигнал - спосіб передачі, який передбачає опис даних безперервними функціями часу. По суті, кажучи конкретно, амплітуда коливань може дорівнювати будь-якому значенню, що знаходиться в певних межах.

Цифрова обробка сигналів описується дискретними функціями часу. Інакше висловлюючись, амплітуда коливань цього дорівнює строго заданим значенням.

Переходячи від теорії до практики, треба сказати, що аналоговому сигналу характерні перешкоди. З цифровим таких проблем немає, тому що він успішно їх «згладжує». За рахунок нових технологій такий метод передачі даних здатний самотужки без втручання вченого відновити всю вихідну інформацію.

Говорячи про телебачення, можна вже впевнено сказати: аналогова передача давно зжила себе. Більшість споживачів переходять на цифровий сигнал. Мінус останнього полягає в тому, що якщо аналогову передачу здатний приймати будь-який прилад, то сучасніший спосіб - тільки спеціальна техніка. Хоч і попит на застарілий метод вже давно впав, все ж такі види сигналів досі не здатні повністю піти з повсякденного життя.

Про природу сигналів обиватель не замислюється, а ось про різницю між аналоговим та цифровим мовленням чи форматами іноді доводиться. За замовчуванням вважається, що аналогові технології відходять у минуле, і незабаром будуть повністю замінені на цифрові. Варто знати, від чого ми відмовляємося на догоду новим віянням.

Аналоговий сигналсигнал даних, що описується безперервними функціями часу, тобто амплітуда коливань його може приймати будь-які значення в межах максимуму.

Цифровий сигналсигнал даних, що описується дискретними функціями часу, тобто амплітуда коливань приймає значення лише суворо визначені.

На практиці це дозволяє говорити про те, що аналоговий сигнал супроводжується великою кількістю перешкод, тоді як їх цифровий успішно відфільтровує. Останній здатний відновлювати вихідні дані. Крім того, безперервний аналоговий сигнал часто несе в собі багато зайвої інформації, що призводить до його надмірності – кілька цифрових сигналів можна передати замість одного аналогового.

Якщо говорити про телебачення, а саме ця сфера своїм переходом на "цифру" хвилює більшість споживачів, то можна вважати аналоговий сигнал цілком зжившим. Однак поки що аналогові сигнали приймає будь-яка призначена для цього техніка, а цифровий вимагає спеціальної. Щоправда, з поширенням "цифри" аналогових телевізорів дедалі менше і попит ними катастрофічно зменшується.

Ще одна важлива характеристика сигналу – безпека. Щодо цього аналоговий демонструє повну беззахисність перед впливами або вторгненнями ззовні. Цифровий шифрується за допомогою присвоєння йому коду з радіоімпульсів, так що будь-яке втручання виключено. На великі відстані цифрові сигнали передавати важко, тому використовується схема модуляції-демодуляції.

Висновки сайт

1. Аналоговий сигнал безперервний, цифровий дискретен.
2. Під час передачі аналогового сигналу вищий ризик забивання каналу перешкодами.
3. Аналоговий сигнал надмірний.
4. Цифровий сигнал фільтрує перешкоди та відновлює вихідні дані.
5. Цифровий сигнал передається у зашифрованому вигляді.
6. Кілька цифрових сигналів можна надіслати замість одного аналогового.

Сьогодні спробуємо розібратися, що таке аналоговий та цифровий сигнали? Їх переваги та недоліки. Не кидатимемося різними науковими термінами та визначеннями, а спробуємо розібратися в ситуації на пальцях.

Що таке аналоговий сигнал?

Аналоговий сигнал заснований на аналогії електричного сигналу (значень струму та напруги) значення вихідного сигналу (кольору пікселя, частоті та амплітуді звуку тощо). Тобто. певні значення струму та напруги відповідають передачі певного кольору пікселя або звукового сигналу.

Наведу приклад на аналоговому відеосигналі.

Напруга на дроті 5 вольт відповідає синьому кольору, 6 вольт – зеленому, 7 вольт червоному.

Для того щоб на екрані з'явилися червоні, сині та зелені смуги, потрібно по черзі подавати на кабель напруги 5, 6, 7 вольт. Чим швидше ми проводимо зміну напруги, тим тонше смужки виходять у нас на моніторі. Скоротивши інтервал між зміною напруг до мінімуму, ми отримаємо вже не смужки, а кольорові точки, що чергуються один за одним.

Важливою особливістю аналогового сигналу є те, що він передається суворо від передавача до приймача (наприклад, від антени до телевізора), зворотного зв'язку немає. Тому якщо в передачу сигналу втрутиться перешкода (наприклад, замість шести вольт прийде чотири), колір пікселя спотвориться, і на екрані з'явиться бриж.
Аналоговий сигнал безперервний.
Що таке цифровий сигнал?

Передача даних здійснюється також за допомогою електричного сигналу, але значень цих сигналів лише два і вони відповідають 0 та 1. Тобто. по проводах передається послідовність із нулів та одиниць. Приблизно так: 01010001001 і т. д. Для того щоб приймальний пристрій (наприклад, телевізор) не заплутався в даних, що передаються, цифри передаються пачками. Це відбувається приблизно так: Кожна така пачка несе якусь інформацію, наприклад - колір пікселя. Важливою особливістю цифрового сигналу є те, що передавальні та приймаючий пристрій можуть спілкуватися між собою і виправляти один за одним помилки, які можуть виникнути при передачі.

Приклади передачі цифрового та аналогового сигналів

Для цифрового сигналу передача відбувається приблизно так:

• Перешкода: ААААААААААААААА!
• ТБ: Який? Не чую!
• Відеомагнітофон: Зелений!
• ТБ: Ага, зрозумів! Малюю зелений.
• ТБ: Прошу підтвердити, що колір червоний.
• Відеомагнітофон: підтверджую.
• ТБ: Ок! малюю.

Передача для аналогового сигналу:

• Відеомагнітофон: Гей, телевізор, колір пікселя з координатами 120х300 – зелений.
• Перешкода: ААААААААААААААА!
• ТБ: Який? Не чую! Млинець, намалюю синій.
• Відеомагнітофон: Наступний колір червоний!
• Перешкода: БАХ! БУМ!
• ТБ: Червоний начебто! Малюю.
• Відеомагнітофон: Лопата!
• Перешкода: ПШШШШШШШ!
• ТБ: ?!. Треба щось малювати? Хай буде лопата!

Переваги та недоліки цифрового та аналогового сигналів

З вищесказаного можна дійти невтішного висновку, що з інших рівних умов якість передачі з допомогою цифри буде вище, ніж за аналоговому представленні сигналу. У той самий час за хорошої схибленості дві технології можуть конкурувати на рівних.