Τύποι σημάτων. Πληροφοριακά σήματα. Αναλογικά σήματα. Διακριτά σήματα
Διαφορά μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών επικοινωνιών.
Όταν ασχολείστε με ραδιοεπικοινωνίες, συναντάτε συχνά όρους όπως π.χ "αναλογικό σήμα"Και "ψηφιακό σήμα". Για τους ειδικούς δεν υπάρχει μυστήριο σε αυτές τις λέξεις, αλλά για τους αδαείς η διαφορά μεταξύ «ψηφιακού» και «αναλογικού» μπορεί να είναι εντελώς άγνωστη. Εν τω μεταξύ, υπάρχει μια πολύ σημαντική διαφορά.
Ετσι. Η ραδιοεπικοινωνία είναι πάντα η μετάδοση πληροφοριών (φωνή, SMS, τηλεσηματοδότηση) μεταξύ δύο συνδρομητών - μιας πηγής σήματος - ενός πομπού (ραδιοφωνικός σταθμός, αναμεταδότης, σταθμός βάσης) και ενός δέκτη.
Όταν μιλάμε για σήμα, συνήθως εννοούμε ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις που προκαλούν EMF και προκαλούν διακυμάνσεις ρεύματος στην κεραία του δέκτη. Στη συνέχεια, η συσκευή λήψης μετατρέπει τις λαμβανόμενες δονήσεις ξανά σε σήμα συχνότητας ήχου και το εξάγει στο ηχείο.
Σε κάθε περίπτωση, το σήμα του πομπού μπορεί να αναπαρασταθεί τόσο σε ψηφιακή όσο και σε αναλογική μορφή. Εξάλλου, για παράδειγμα, ο ίδιος ο ήχος είναι ένα αναλογικό σήμα. Σε έναν ραδιοφωνικό σταθμό, ο ήχος που λαμβάνεται από το μικρόφωνο μετατρέπεται στα ήδη αναφερθέντα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ήχου, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα ταλάντωσης εξόδου και όσο πιο δυνατά μιλάει το ηχείο, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος. 
Οι προκύπτουσες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις, ή κύματα, διαδίδονται στο διάστημα χρησιμοποιώντας μια κεραία εκπομπής. Για να μην φράσσονται τα ραδιοκύματα με παρεμβολές χαμηλής συχνότητας και έτσι ώστε διαφορετικοί ραδιοφωνικοί σταθμοί να έχουν την ευκαιρία να λειτουργούν παράλληλα χωρίς να παρεμβαίνουν μεταξύ τους, οι δονήσεις που προκύπτουν από την επίδραση του ήχου συνοψίζονται, δηλαδή «υπερτίθενται». σε άλλες δονήσεις που έχουν σταθερή συχνότητα. Η τελευταία συχνότητα ονομάζεται συνήθως «φορέας» και για να την αντιληφθούμε συντονίζουμε τον ραδιοφωνικό μας δέκτη για να «πιάσουμε» το αναλογικό σήμα του ραδιοφωνικού σταθμού.
Η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει στον δέκτη: η φέρουσα συχνότητα διαχωρίζεται και οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις που λαμβάνει η κεραία μετατρέπονται σε ηχητικές ταλαντώσεις και οι πληροφορίες που ήθελε να μεταδώσει το άτομο που στέλνει το μήνυμα ακούγονται από το ηχείο.
Κατά τη μετάδοση ενός ηχητικού σήματος από τον ραδιοφωνικό σταθμό στον δέκτη, ενδέχεται να προκύψουν παρεμβολές τρίτων, η συχνότητα και το πλάτος μπορεί να αλλάξουν, κάτι που, φυσικά, θα επηρεάσει τους ήχους που παράγονται από τον ραδιοφωνικό δέκτη. Τέλος, τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης εισάγουν κάποιο σφάλμα κατά τη μετατροπή του σήματος. Επομένως, ο ήχος που αναπαράγεται από ένα αναλογικό ραδιόφωνο έχει πάντα κάποια παραμόρφωση. Η φωνή μπορεί να αναπαράγεται πλήρως, παρά τις αλλαγές, αλλά θα υπάρχει σφύριγμα ή ακόμα και κάποιο συριγμό στο παρασκήνιο που προκαλείται από παρεμβολές. Όσο λιγότερο αξιόπιστη είναι η λήψη, τόσο πιο δυνατά και πιο ευδιάκριτα θα είναι αυτά τα φαινόμενα εξωτερικού θορύβου. 
Επιπλέον, το επίγειο αναλογικό σήμα έχει πολύ ασθενή βαθμό προστασίας από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση. Για τους δημόσιους ραδιοφωνικούς σταθμούς αυτό, φυσικά, δεν έχει καμία διαφορά. Αλλά όταν χρησιμοποιούσατε τα πρώτα κινητά τηλέφωνα, υπήρχε μια δυσάρεστη στιγμή που σχετίζεται με το γεγονός ότι σχεδόν οποιοσδήποτε ραδιοφωνικός δέκτης τρίτου κατασκευαστή μπορούσε εύκολα να συντονιστεί στο επιθυμητό μήκος κύματος για να κρυφακούει την τηλεφωνική σας συνομιλία.
Για να προστατευθούν από αυτό, χρησιμοποιούν τη λεγόμενη «τόνωση» του σήματος ή, με άλλα λόγια, το σύστημα CTCSS (Continuous Tone-Coded Squelch System), ένα σύστημα μείωσης θορύβου κωδικοποιημένο με συνεχή τόνο ή ένα «φίλο/ σύστημα αναγνώρισης σήματος εχθρού», σχεδιασμένο να διαχωρίζει τους χρήστες που εργάζονται στο ίδιο εύρος συχνοτήτων, σε ομάδες. Οι χρήστες (ανταποκριτές) από την ίδια ομάδα μπορούν να ακούν ο ένας τον άλλον χάρη σε έναν κωδικό αναγνώρισης. Εξηγώντας ξεκάθαρα, η αρχή λειτουργίας αυτού του συστήματος είναι η εξής. Μαζί με τις μεταδιδόμενες πληροφορίες, ένα πρόσθετο σήμα (ή άλλος τόνος) αποστέλλεται επίσης μέσω του αέρα. Ο δέκτης, εκτός από το φορέα, αναγνωρίζει αυτόν τον τόνο με τις κατάλληλες ρυθμίσεις και λαμβάνει το σήμα. Εάν ο τόνος στον ραδιοφωνικό δέκτη δεν έχει ρυθμιστεί, τότε το σήμα δεν λαμβάνεται. Υπάρχει ένας αρκετά μεγάλος αριθμός προτύπων κρυπτογράφησης που διαφέρουν για διαφορετικούς κατασκευαστές.
Η αναλογική μετάδοση έχει τέτοια μειονεκτήματα. Εξαιτίας αυτών, για παράδειγμα, η τηλεόραση υπόσχεται να γίνει εντελώς ψηφιακή σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. 
Οι ψηφιακές επικοινωνίες και οι εκπομπές θεωρούνται πιο προστατευμένες από παρεμβολές και από εξωτερικές επιρροές. Το θέμα είναι ότι όταν χρησιμοποιείτε "ψηφιακό", το αναλογικό σήμα από το μικρόφωνο στο σταθμό εκπομπής κρυπτογραφείται σε ψηφιακό κωδικό. Όχι, φυσικά, μια ροή ψηφίων και αριθμών δεν απλώνεται στον περιβάλλοντα χώρο. Απλώς, ένας κωδικός ραδιοπαλμών εκχωρείται σε έναν ήχο συγκεκριμένης συχνότητας και έντασης. Η διάρκεια και η συχνότητα των παλμών είναι προκαθορισμένες - είναι το ίδιο τόσο για τον πομπό όσο και για τον δέκτη. Η παρουσία μιας ώθησης αντιστοιχεί σε ένα, η απουσία - μηδέν. Επομένως, μια τέτοια επικοινωνία ονομάζεται «ψηφιακή».
Μια συσκευή που μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα σε ψηφιακό κωδικό ονομάζεται μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Και μια συσκευή εγκατεστημένη στον δέκτη που μετατρέπει τον κωδικό σε αναλογικό σήμα που αντιστοιχεί στη φωνή του φίλου σας στο ηχείο ενός κινητού τηλεφώνου GSM, που ονομάζεται μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό (DAC).
Κατά τη μετάδοση ψηφιακού σήματος, τα σφάλματα και οι παραμορφώσεις ουσιαστικά εξαλείφονται. Εάν η ώθηση γίνει λίγο ισχυρότερη, μεγαλύτερη ή το αντίστροφο, τότε θα εξακολουθεί να αναγνωρίζεται από το σύστημα ως μονάδα. Και το μηδέν θα παραμείνει μηδέν, ακόμα κι αν στη θέση του εμφανιστεί κάποιο τυχαίο αδύναμο σήμα. Για το ADC και το DAC, δεν υπάρχουν άλλες τιμές όπως 0,2 ή 0,9 - μόνο μηδέν και ένα. Επομένως, οι παρεμβολές δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στις ψηφιακές επικοινωνίες και τις εκπομπές.
Επιπλέον, το "ψηφιακό" είναι επίσης πιο προστατευμένο από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση. Εξάλλου, για να αποκρυπτογραφήσει ένα σήμα το DAC μιας συσκευής, πρέπει να «γνωρίζει» τον κωδικό αποκρυπτογράφησης. Το ADC, μαζί με το σήμα, μπορεί επίσης να μεταδώσει την ψηφιακή διεύθυνση της συσκευής που έχει επιλεγεί ως δέκτης. Έτσι, ακόμη και αν το ραδιοσήμα υποκλαπεί, δεν μπορεί να αναγνωριστεί λόγω της απουσίας τουλάχιστον μέρους του κωδικού. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις επικοινωνίες.
Ετσι, διαφορές μεταξύ ψηφιακών και αναλογικών σημάτων:
1) Ένα αναλογικό σήμα μπορεί να παραμορφωθεί από παρεμβολές και ένα ψηφιακό σήμα μπορεί είτε να φράξει εντελώς από παρεμβολές είτε να φτάσει χωρίς παραμόρφωση. Το ψηφιακό σήμα είτε είναι σίγουρα παρόν είτε απουσιάζει εντελώς (είτε μηδέν είτε ένα).
2) Το αναλογικό σήμα είναι προσβάσιμο σε όλες τις συσκευές που λειτουργούν με την ίδια αρχή με τον πομπό. Το ψηφιακό σήμα προστατεύεται με ασφάλεια από έναν κωδικό και είναι δύσκολο να υποκλαπεί εάν δεν προορίζεται για εσάς. 
Εκτός από τους αμιγώς αναλογικούς και αμιγώς ψηφιακούς σταθμούς, υπάρχουν και ραδιοφωνικοί σταθμοί που υποστηρίζουν τόσο αναλογική όσο και ψηφιακή λειτουργία. Έχουν σχεδιαστεί για τη μετάβαση από τις αναλογικές στις ψηφιακές επικοινωνίες.
Έτσι, έχοντας στη διάθεσή σας έναν στόλο αναλογικών ραδιοφωνικών σταθμών, μπορείτε σταδιακά να μεταβείτε σε ένα πρότυπο ψηφιακής επικοινωνίας.
Για παράδειγμα, αρχικά κατασκευάσατε ένα σύστημα επικοινωνίας στους ραδιοφωνικούς σταθμούς Baikal 30.
Να σας θυμίσω ότι πρόκειται για αναλογικό σταθμό με 16 κανάλια. 
Αλλά ο χρόνος περνά και ο σταθμός παύει να σας ταιριάζει ως χρήστη. Ναι, είναι αξιόπιστο, ναι, ισχυρό και με καλή μπαταρία έως 2600 mAh. Αλλά όταν επεκτείνεται ο στόλος των ραδιοφωνικών σταθμών κατά περισσότερα από 100 άτομα, και ειδικά όταν εργάζονται σε ομάδες, τα 16 κανάλια του αρχίζουν να είναι ανεπαρκή.
Δεν χρειάζεται να ξεμείνετε αμέσως και να αγοράσετε ψηφιακούς ραδιοφωνικούς σταθμούς. Οι περισσότεροι κατασκευαστές εισάγουν σκόπιμα ένα μοντέλο με λειτουργία αναλογικής μετάδοσης.
Δηλαδή, μπορείτε σταδιακά να μεταβείτε, για παράδειγμα, στο Baikal -501 ή στο Vertex-EVX531 ενώ διατηρείτε το υπάρχον σύστημα επικοινωνίας σε κατάσταση λειτουργίας.
Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας μετάβασης είναι αναμφισβήτητα.
Παίρνετε ένα σταθμό εργασίας
1) περισσότερο (στην ψηφιακή λειτουργία υπάρχει λιγότερη κατανάλωση.)
2) Έχοντας περισσότερες λειτουργίες (ομαδική κλήση, μοναχικός εργαζόμενος)
3) 32 κανάλια μνήμης.
Δηλαδή, στην πραγματικότητα δημιουργείτε αρχικά βάσεις δεδομένων 2 καναλιών. Για νέους αγορασμένους σταθμούς (ψηφιακά κανάλια) και βάση καναλιών βοήθειας με υπάρχοντες σταθμούς (αναλογικά κανάλια). Σταδιακά, καθώς αγοράζετε εξοπλισμό, θα μειώσετε τον στόλο των ραδιοφωνικών σταθμών της δεύτερης τράπεζας και θα αυξήσετε τον στόλο της πρώτης.
Τελικά, θα πετύχετε τον στόχο σας - να μεταφέρετε ολόκληρη τη βάση σας σε ένα πρότυπο ψηφιακής επικοινωνίας.
Μια καλή προσθήκη και επέκταση σε οποιαδήποτε βάση μπορεί να είναι ο ψηφιακός επαναλήπτης Yaesu Fusion DR-1 
Αυτός είναι ένας επαναλήπτης διπλής ζώνης (144/430 MHz) που υποστηρίζει αναλογική επικοινωνία FM, καθώς και ψηφιακό πρωτόκολλο ταυτόχρονα System Fusion
εντός του εύρους συχνοτήτων των 12,5 kHz. Είμαστε βέβαιοι ότι η εισαγωγή του πιο πρόσφατου DR-1Xθα είναι η αυγή του νέου και εντυπωσιακού πολυλειτουργικού μας συστήματος System Fusion.
Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά System Fusion
είναι μια συνάρτηση AMS (Αυτόματη επιλογή λειτουργίας), το οποίο αναγνωρίζει αμέσως εάν λαμβάνεται σήμα σε λειτουργία V/D, λειτουργία φωνής ή λειτουργία δεδομένων FR αναλογικό FM ή ψηφιακό C4FM και μεταβαίνει αυτόματα στο κατάλληλο. Έτσι, χάρη στους ψηφιακούς πομποδέκτες μας FT1DRΚαι FTM-400DRSystem Fusion
Για να διατηρήσετε την επικοινωνία με αναλογικούς ραδιοφωνικούς σταθμούς FM, δεν χρειάζεται πλέον να αλλάζετε χειροκίνητα λειτουργίες κάθε φορά.
Σε επαναλήπτη DR-1X, AMSμπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε το εισερχόμενο ψηφιακό σήμα C4FM να μετατρέπεται σε αναλογικό FM και να αναμεταδίδεται, επιτρέποντας έτσι την επικοινωνία μεταξύ ψηφιακού και αναλογικού πομποδέκτη. AMSμπορεί επίσης να ρυθμιστεί ώστε να αναμεταδίδει αυτόματα την εισερχόμενη λειτουργία στην έξοδο, επιτρέποντας στους ψηφιακούς και αναλογικούς χρήστες να μοιράζονται έναν μόνο επαναλήπτη.
Μέχρι τώρα, οι επαναλήπτες FM χρησιμοποιούνταν μόνο για παραδοσιακές επικοινωνίες FM και οι ψηφιακοί επαναλήπτες μόνο για ψηφιακές επικοινωνίες. Ωστόσο, τώρα απλώς αντικαθιστώντας τον συμβατικό αναλογικό αναμεταδότη FM με DR-1X,μπορείτε να συνεχίσετε να χρησιμοποιείτε τακτικές επικοινωνίες FM, αλλά και να χρησιμοποιείτε τον επαναλήπτη για πιο προηγμένες ψηφιακές ραδιοφωνικές επικοινωνίες System Fusion
. Άλλα περιφερειακά όπως διπλής όψης και ενισχυτής κ.λπ. μπορείτε να συνεχίσετε να το χρησιμοποιείτε ως συνήθως.
Αναλυτικότερα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού μπορείτε να δείτε στον ιστότοπο στην ενότητα προϊόντων
Πολύ συχνά ακούμε τέτοιους ορισμούς όπως «ψηφιακό» ή «διακριτό» σήμα ποια είναι η διαφορά του από το «αναλογικό»;
Η ουσία της διαφοράς είναι ότι το αναλογικό σήμα είναι συνεχές στο χρόνο (μπλε γραμμή), ενώ το ψηφιακό σήμα αποτελείται από ένα περιορισμένο σύνολο συντεταγμένων (κόκκινες κουκκίδες). Αν ανάγουμε τα πάντα σε συντεταγμένες, τότε οποιοδήποτε τμήμα ενός αναλογικού σήματος αποτελείται από άπειρο αριθμό συντεταγμένων.
Για ένα ψηφιακό σήμα, οι συντεταγμένες κατά μήκος του οριζόντιου άξονα βρίσκονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, σύμφωνα με τη συχνότητα δειγματοληψίας. Στην κοινή μορφή Audio-CD, αυτό είναι 44100 σημεία ανά δευτερόλεπτο. Η κατακόρυφη ακρίβεια του ύψους των συντεταγμένων αντιστοιχεί στο βάθος bit του ψηφιακού σήματος για 8 bit είναι 256 επίπεδα, για 16 bit = 65536 και για 24 bit = 16777216 επίπεδα. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit (αριθμός επιπέδων), τόσο πιο κοντά είναι οι κατακόρυφες συντεταγμένες στο αρχικό κύμα.
Οι αναλογικές πηγές είναι: κασέτες βινυλίου και ήχου. Οι ψηφιακές πηγές είναι: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) και αρχεία σε μορφές WAVE και DSD (συμπεριλαμβανομένων των παραγώγων των APE, Flac, Mp3, Ogg, κ.λπ.).
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του αναλογικού σήματος
Το πλεονέκτημα ενός αναλογικού σήματος είναι ότι σε αναλογική μορφή αντιλαμβανόμαστε τον ήχο με τα αυτιά μας. Και παρόλο που το ακουστικό μας σύστημα μετατρέπει την αντιληπτή ηχητική ροή σε ψηφιακή μορφή και τη μεταδίδει με αυτή τη μορφή στον εγκέφαλο, η επιστήμη και η τεχνολογία δεν έχουν φτάσει ακόμη στο σημείο να συνδέουν τους παίκτες και άλλες πηγές ήχου απευθείας σε αυτήν τη μορφή. Αντίστοιχη έρευνα διεξάγεται τώρα ενεργά για άτομα με αναπηρία και απολαμβάνουμε αποκλειστικά αναλογικό ήχο.Το μειονέκτημα ενός αναλογικού σήματος είναι η δυνατότητα αποθήκευσης, μετάδοσης και αναπαραγωγής του σήματος. Κατά την εγγραφή σε μαγνητική ταινία ή βινύλιο, η ποιότητα του σήματος θα εξαρτηθεί από τις ιδιότητες της ταινίας ή του βινυλίου. Με την πάροδο του χρόνου, η ταινία απομαγνητίζεται και η ποιότητα του καταγεγραμμένου σήματος υποβαθμίζεται. Κάθε ανάγνωση καταστρέφει σταδιακά τα μέσα και η επανεγγραφή εισάγει πρόσθετη παραμόρφωση, όπου πρόσθετες αποκλίσεις προστίθενται από τα επόμενα μέσα (ταινία ή βινύλιο), συσκευές ανάγνωσης, γραφής και μετάδοσης σήματος.
Η δημιουργία αντιγράφου ενός αναλογικού σήματος είναι το ίδιο με την αντιγραφή μιας φωτογραφίας τραβώντας την ξανά φωτογραφία.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ψηφιακού σήματος
Τα πλεονεκτήματα ενός ψηφιακού σήματος περιλαμβάνουν την ακρίβεια κατά την αντιγραφή και μετάδοση μιας ροής ήχου, όπου το πρωτότυπο δεν διαφέρει από το αντίγραφο.Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι το ψηφιακό σήμα είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο και η ακρίβεια του τελικού αναλογικού σήματος θα εξαρτηθεί από το πόσο λεπτομερής και ακριβής περιγράφεται το ηχητικό κύμα με συντεταγμένες. Είναι πολύ λογικό ότι όσο περισσότερα σημεία υπάρχουν και όσο πιο ακριβείς είναι οι συντεταγμένες, τόσο πιο ακριβές θα είναι το κύμα. Αλλά δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση σχετικά με τον αριθμό των συντεταγμένων και την ακρίβεια των δεδομένων που επαρκούν για να πούμε ότι η ψηφιακή αναπαράσταση του σήματος είναι επαρκής για την ακριβή αναπαράσταση ενός αναλογικού σήματος που δεν διακρίνεται από το πρωτότυπο από τα αυτιά μας.
Όσον αφορά τους όγκους δεδομένων, η χωρητικότητα μιας κανονικής αναλογικής κασέτας ήχου είναι μόνο περίπου 700-1,1 MB, ενώ ένα κανονικό CD χωράει 700 MB. Αυτό δίνει μια ιδέα της ανάγκης για μέσα υψηλής χωρητικότητας. Και αυτό οδηγεί σε έναν χωριστό πόλεμο συμβιβασμών με διαφορετικές απαιτήσεις για τον αριθμό των σημείων περιγραφής και την ακρίβεια των συντεταγμένων.
Σήμερα, θεωρείται αρκετά επαρκής η αναπαράσταση ενός ηχητικού κύματος με συχνότητα δειγματοληψίας 44,1 kHz και βάθος bit 16 bit. Σε ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kHz, είναι δυνατή η ανακατασκευή σήματος έως 22 kHz. Όπως δείχνουν οι ψυχοακουστικές μελέτες, μια περαιτέρω αύξηση στη συχνότητα δειγματοληψίας δεν είναι αισθητή, αλλά μια αύξηση στο βάθος του bit δίνει μια υποκειμενική βελτίωση.
Πώς οι DAC δημιουργούν ένα κύμα
Το DAC είναι ένας μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό, ένα στοιχείο που μετατρέπει τον ψηφιακό ήχο σε αναλογικό. Θα δούμε επιφανειακά τις βασικές αρχές. Εάν τα σχόλια δείχνουν ενδιαφέρον για την εξέταση ορισμένων σημείων με περισσότερες λεπτομέρειες, θα δημοσιευτεί ξεχωριστό υλικό.Multibit DAC
Πολύ συχνά, ένα κύμα αναπαρίσταται ως βήματα, κάτι που οφείλεται στην αρχιτεκτονική της πρώτης γενιάς πολλαπλών bit R-2R DAC, που λειτουργούν παρόμοια με έναν διακόπτη ρελέ.
Η είσοδος DAC λαμβάνει την τιμή της επόμενης κατακόρυφης συντεταγμένης και σε κάθε κύκλο ρολογιού αλλάζει το επίπεδο ρεύματος (τάση) στο κατάλληλο επίπεδο μέχρι την επόμενη αλλαγή.
Αν και πιστεύεται ότι το ανθρώπινο αυτί δεν μπορεί να ακούσει υψηλότερα από 20 kHz και σύμφωνα με τη θεωρία Nyquist είναι δυνατή η επαναφορά του σήματος στα 22 kHz, η ποιότητα αυτού του σήματος μετά την αποκατάσταση παραμένει ένα ερώτημα. Στην περιοχή υψηλής συχνότητας, η προκύπτουσα «βηματική» κυματομορφή είναι συνήθως πολύ μακριά από την αρχική. Ο ευκολότερος τρόπος εξόδου από την κατάσταση είναι να αυξηθεί η συχνότητα δειγματοληψίας κατά την εγγραφή, αλλά αυτό οδηγεί σε σημαντική και ανεπιθύμητη αύξηση του μεγέθους του αρχείου.
Μια εναλλακτική είναι η τεχνητή αύξηση του ρυθμού δειγματοληψίας αναπαραγωγής DAC προσθέτοντας ενδιάμεσες τιμές. Εκείνοι. Φανταζόμαστε μια συνεχή διαδρομή κύματος (γκρι διακεκομμένη γραμμή) που συνδέει ομαλά τις αρχικές συντεταγμένες (κόκκινες κουκκίδες) και προσθέτουμε ενδιάμεσα σημεία σε αυτή τη γραμμή (σκούρο μωβ).
Όταν αυξάνεται η συχνότητα δειγματοληψίας, είναι συνήθως απαραίτητο να αυξηθεί το βάθος bit έτσι ώστε οι συντεταγμένες να είναι πιο κοντά στο κατά προσέγγιση κύμα.
Χάρη στις ενδιάμεσες συντεταγμένες, είναι δυνατό να μειωθούν τα «βήματα» και να δημιουργηθεί ένα κύμα πιο κοντά στο πρωτότυπο.
Όταν βλέπετε μια λειτουργία ενίσχυσης από 44,1 έως 192 kHz σε μια συσκευή αναπαραγωγής ή εξωτερικό DAC, είναι μια λειτουργία προσθήκης ενδιάμεσων συντεταγμένων, όχι επαναφοράς ή δημιουργίας ήχου στην περιοχή πάνω από 20 kHz.
Αρχικά, αυτά ήταν ξεχωριστά τσιπ SRC πριν από το DAC, τα οποία στη συνέχεια μετεγκαταστάθηκαν απευθείας στα ίδια τα τσιπ DAC. Σήμερα μπορείτε να βρείτε λύσεις όπου ένα τέτοιο τσιπ προστίθεται στα σύγχρονα DAC, αυτό γίνεται για να παρέχεται μια εναλλακτική στους ενσωματωμένους αλγόριθμους στο DAC και μερικές φορές να έχετε ακόμα καλύτερο ήχο (όπως για παράδειγμα, αυτό γίνεται στα Hidizs AP100).
Η κύρια άρνηση στον κλάδο από τα multibit DAC προέκυψε λόγω της αδυναμίας περαιτέρω τεχνολογικής ανάπτυξης δεικτών ποιότητας με τις τρέχουσες τεχνολογίες παραγωγής και του υψηλότερου κόστους σε σύγκριση με τα "παλμικά" DAC με συγκρίσιμα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, στα προϊόντα Hi-End, προτιμώνται συχνά οι παλιοί DAC πολλαπλών bit παρά οι νέες λύσεις με τεχνικά καλύτερα χαρακτηριστικά.
Εναλλαγή DAC
Στα τέλη της δεκαετίας του '70, μια εναλλακτική έκδοση των DAC βασισμένη σε μια αρχιτεκτονική "παλμού" - "δέλτα-σίγμα" - έγινε ευρέως διαδεδομένη. Η τεχνολογία Pulse DAC επέτρεψε την εμφάνιση εξαιρετικά γρήγορων διακοπτών και επέτρεψε τη χρήση υψηλών συχνοτήτων φορέα.
Το πλάτος του σήματος είναι η μέση τιμή των πλατών παλμών (οι παλμοί ίσου πλάτους εμφανίζονται με πράσινο χρώμα και το προκύπτον ηχητικό κύμα εμφανίζεται με λευκό).
Για παράδειγμα, μια ακολουθία οκτώ κύκλων πέντε παλμών θα δώσει ένα μέσο πλάτος (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Όσο υψηλότερη είναι η φέρουσα συχνότητα, τόσο περισσότεροι παλμοί εξομαλύνονται και επιτυγχάνεται ακριβέστερη τιμή πλάτους. Αυτό κατέστησε δυνατή την παρουσίαση της ροής ήχου σε μορφή ενός bit με μεγάλο δυναμικό εύρος.
Ο μέσος όρος μπορεί να γίνει με ένα κανονικό αναλογικό φίλτρο και εάν ένα τέτοιο σύνολο παλμών εφαρμοστεί απευθείας στο ηχείο, τότε στην έξοδο θα έχουμε ήχο και οι εξαιρετικά υψηλές συχνότητες δεν θα αναπαραχθούν λόγω της υψηλής αδράνειας του πομπού. Οι ενισχυτές PWM λειτουργούν με αυτήν την αρχή στην κατηγορία D, όπου η ενεργειακή πυκνότητα των παλμών δεν δημιουργείται από τον αριθμό τους, αλλά από τη διάρκεια κάθε παλμού (που είναι πιο εύκολο να εφαρμοστεί, αλλά δεν μπορεί να περιγραφεί με έναν απλό δυαδικό κώδικα).
Ένα multibit DAC μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εκτυπωτής ικανός να εφαρμόζει χρώμα χρησιμοποιώντας μελάνια pantone. Ο Delta-Sigma είναι ένας εκτυπωτής inkjet με περιορισμένη γκάμα χρωμάτων, αλλά λόγω της δυνατότητας εφαρμογής πολύ μικρών κουκκίδων (σε σύγκριση με έναν εκτυπωτή ελαφιού), παράγει περισσότερες αποχρώσεις λόγω της διαφορετικής πυκνότητας κουκκίδων ανά μονάδα επιφάνειας.
Σε μια εικόνα, συνήθως δεν βλέπουμε μεμονωμένες κουκκίδες λόγω της χαμηλής ανάλυσης του ματιού, αλλά μόνο του μέσου τόνου. Ομοίως, το αυτί δεν ακούει μεμονωμένα παρορμήσεις.
Τελικά, με τις τρέχουσες τεχνολογίες στα παλμικά DAC, είναι δυνατό να ληφθεί ένα κύμα κοντά σε αυτό που θα έπρεπε θεωρητικά να ληφθεί κατά την προσέγγιση των ενδιάμεσων συντεταγμένων.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μετά την εμφάνιση του δέλτα-σίγμα DAC, η σημασία της σχεδίασης ενός «ψηφιακού κύματος» στα βήματα εξαφανίστηκε, επειδή Έτσι τα σύγχρονα DAC δεν δημιουργούν ένα κύμα σταδιακά. Είναι σωστό να κατασκευάζετε ένα διακριτό σήμα με κουκκίδες που συνδέονται με μια ομαλή γραμμή.
Είναι ιδανικοί οι μεταγωγείς DAC;
Αλλά στην πράξη, δεν είναι όλα ρόδινα, και υπάρχουν πολλά προβλήματα και περιορισμοί.
Επειδή Δεδομένου ότι ο συντριπτικός αριθμός εγγραφών αποθηκεύεται σε ένα σήμα πολλών bit, η μετατροπή σε σήμα παλμού χρησιμοποιώντας την αρχή "bit to bit" απαιτεί μια αδικαιολόγητα υψηλή συχνότητα φορέα, την οποία δεν υποστηρίζουν τα σύγχρονα DAC.
Η κύρια λειτουργία των σύγχρονων παλμικών DAC είναι η μετατροπή ενός σήματος πολλαπλών bit σε σήμα ενός bit με σχετικά χαμηλή φέρουσα συχνότητα με αποδεκατισμό δεδομένων. Βασικά, αυτοί οι αλγόριθμοι είναι που καθορίζουν την τελική ποιότητα ήχου των παλμικών DAC.
Για να μειωθεί το πρόβλημα της υψηλής συχνότητας φορέα, η ροή ήχου χωρίζεται σε πολλές ροές ενός bit, όπου κάθε ροή είναι υπεύθυνη για τη δική της ομάδα bit, η οποία ισοδυναμεί με πολλαπλάσιο της συχνότητας φορέα του αριθμού των ροών. Τέτοια DAC ονομάζονται multibit delta-sigma.
Σήμερα, τα παλμικά DAC έχουν λάβει έναν δεύτερο άνεμο σε τσιπ υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης σε προϊόντα από το NAD και το Chord λόγω της ικανότητας να προγραμματίζουν ευέλικτους αλγόριθμους μετατροπής.
Μορφή DSD
Μετά την ευρεία χρήση των DAC delta-sigma, ήταν πολύ λογικό να εμφανιστεί μια μορφή για την εγγραφή δυαδικού κώδικα απευθείας στην κωδικοποίηση delta-sigma. Αυτή η μορφή ονομάζεται DSD (Direct Stream Digital).Η μορφή δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως για διάφορους λόγους. Η επεξεργασία αρχείων σε αυτήν τη μορφή αποδείχθηκε ότι ήταν άσκοπα περιορισμένη: δεν μπορείτε να αναμίξετε ροές, να προσαρμόσετε την ένταση ή να εφαρμόσετε ισοστάθμιση. Αυτό σημαίνει ότι χωρίς απώλεια ποιότητας, μπορείτε να αρχειοθετήσετε μόνο αναλογικές ηχογραφήσεις και να δημιουργήσετε εγγραφή ζωντανών παραστάσεων με δύο μικρόφωνα χωρίς περαιτέρω επεξεργασία. Με μια λέξη, δεν μπορείτε πραγματικά να κερδίσετε χρήματα.
Στον αγώνα κατά της πειρατείας, οι δίσκοι με φορμά SA-CD δεν υποστηρίζονταν (και δεν υποστηρίζονται ακόμα) από υπολογιστές, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη δημιουργία αντιγράφων τους. Χωρίς αντίγραφα – χωρίς ευρύ κοινό. Ήταν δυνατή η αναπαραγωγή περιεχομένου ήχου DSD μόνο από ξεχωριστή συσκευή αναπαραγωγής SA-CD από ιδιόκτητο δίσκο. Εάν για τη μορφή PCM υπάρχει ένα πρότυπο SPDIF για μεταφορά ψηφιακών δεδομένων από μια πηγή σε ξεχωριστό DAC, τότε για τη μορφή DSD δεν υπάρχει πρότυπο και τα πρώτα πειρατικά αντίγραφα δίσκων SA-CD ψηφιοποιήθηκαν από τις αναλογικές εξόδους της SA- Συσκευές αναπαραγωγής CD (αν και η κατάσταση φαίνεται ανόητη, αλλά στην πραγματικότητα ορισμένες ηχογραφήσεις κυκλοφόρησαν μόνο σε SA-CD ή η ίδια εγγραφή σε Audio-CD έγινε εσκεμμένα κακής ποιότητας για την προώθηση SA-CD).
Το σημείο καμπής συνέβη με την κυκλοφορία των κονσολών παιχνιδιών SONY, όπου ο δίσκος SA-CD αντιγράφηκε αυτόματα στον σκληρό δίσκο της κονσόλας πριν από την αναπαραγωγή. Οι θαυμαστές της μορφής DSD το εκμεταλλεύτηκαν. Η εμφάνιση πειρατικών ηχογραφήσεων τόνωσε την αγορά να κυκλοφορήσει ξεχωριστά DAC για την αναπαραγωγή ροών DSD. Τα περισσότερα εξωτερικά DAC με υποστήριξη DSD υποστηρίζουν σήμερα μεταφορά δεδομένων USB χρησιμοποιώντας τη μορφή DoP ως ξεχωριστή κωδικοποίηση του ψηφιακού σήματος μέσω SPDIF.
Οι συχνότητες φορέα για DSD είναι σχετικά μικρές, 2,8 και 5,6 MHz, αλλά αυτή η ροή ήχου δεν απαιτεί μετατροπή μείωσης δεδομένων και είναι αρκετά ανταγωνιστική με μορφές υψηλής ανάλυσης όπως το DVD-Audio.
Δεν υπάρχει σαφής απάντηση στο ερώτημα ποιο είναι καλύτερο, DSP ή PCM. Όλα εξαρτώνται από την ποιότητα υλοποίησης ενός συγκεκριμένου DAC και το ταλέντο του μηχανικού ήχου κατά την εγγραφή του τελικού αρχείου.
Γενικό συμπέρασμα
Ο αναλογικός ήχος είναι αυτό που ακούμε και αντιλαμβανόμαστε ως τον κόσμο γύρω μας με τα μάτια μας. Ο ψηφιακός ήχος είναι ένα σύνολο συντεταγμένων που περιγράφουν ένα ηχητικό κύμα και το οποίο δεν μπορούμε να ακούσουμε απευθείας χωρίς τη μετατροπή σε αναλογικό σήμα.Ένα αναλογικό σήμα που εγγράφεται απευθείας σε μια κασέτα ήχου ή σε βινύλιο δεν μπορεί να εγγραφεί ξανά χωρίς απώλεια ποιότητας, ενώ ένα κύμα στην ψηφιακή αναπαράσταση μπορεί να αντιγραφεί bit-bit.
Οι μορφές ψηφιακής εγγραφής αποτελούν μια σταθερή αντιστάθμιση μεταξύ της ακρίβειας των συντεταγμένων σε σχέση με το μέγεθος του αρχείου και οποιοδήποτε ψηφιακό σήμα είναι μόνο μια προσέγγιση του αρχικού αναλογικού σήματος. Ωστόσο, τα διαφορετικά επίπεδα τεχνολογίας για την εγγραφή και την αναπαραγωγή ενός ψηφιακού σήματος και την αποθήκευση σε μέσα για ένα αναλογικό σήμα δίνουν περισσότερα πλεονεκτήματα στην ψηφιακή αναπαράσταση του σήματος, παρόμοια με μια ψηφιακή κάμερα έναντι μιας φωτογραφικής μηχανής φιλμ.
Ως σήμα ορίζεται η τάση ή το ρεύμα που μπορεί να μεταδοθεί ως μήνυμα ή ως πληροφορία. Από τη φύση τους, όλα τα σήματα είναι αναλογικά, είτε είναι DC είτε AC, ψηφιακά ή παλμικά. Ωστόσο, είναι σύνηθες να γίνεται διάκριση μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών σημάτων.
Ένα ψηφιακό σήμα είναι ένα σήμα που έχει υποστεί επεξεργασία με συγκεκριμένο τρόπο και έχει μετατραπεί σε αριθμούς. Συνήθως αυτά τα ψηφιακά σήματα συνδέονται με πραγματικά αναλογικά σήματα, αλλά μερικές φορές δεν υπάρχει σύνδεση μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα είναι η μετάδοση δεδομένων μέσω τοπικών δικτύων (LAN) ή άλλων δικτύων υψηλής ταχύτητας.
Στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος (DSP), το αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε δυαδική μορφή από μια συσκευή που ονομάζεται μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Η έξοδος ADC παράγει μια δυαδική αναπαράσταση του αναλογικού σήματος, το οποίο στη συνέχεια επεξεργάζεται από έναν αριθμητικό ψηφιακό επεξεργαστή σήματος (DSP). Μετά την επεξεργασία, οι πληροφορίες που περιέχονται στο σήμα μπορούν να μετατραπούν ξανά σε αναλογική μορφή χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό (DAC).
Μια άλλη βασική έννοια στον ορισμό ενός σήματος είναι το γεγονός ότι ένα σήμα φέρει πάντα κάποιες πληροφορίες. Αυτό μας οδηγεί σε ένα βασικό πρόβλημα στη φυσική επεξεργασία αναλογικού σήματος: το πρόβλημα της ανάκτησης πληροφοριών.
Στόχοι επεξεργασίας σήματος.
Ο κύριος σκοπός της επεξεργασίας σήματος είναι η ανάγκη απόκτησης των πληροφοριών που περιέχονται σε αυτά. Αυτή η πληροφορία είναι τυπικά παρούσα στο πλάτος του σήματος (απόλυτο ή σχετικό), στη συχνότητα ή στο φασματικό περιεχόμενο, στη φάση ή στο σχετικό χρονισμό πολλαπλών σημάτων.
Μόλις εξαχθούν οι επιθυμητές πληροφορίες από το σήμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι επιθυμητό να επαναδιαμορφώσετε τις πληροφορίες που περιέχονται στο σήμα.
Συγκεκριμένα, μια αλλαγή στη μορφή του σήματος συμβαίνει κατά τη μετάδοση ενός σήματος ήχου σε ένα τηλεφωνικό σύστημα πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση συχνότητας (FDMA). Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιούνται αναλογικές τεχνικές για την τοποθέτηση πολλαπλών καναλιών φωνής στο φάσμα συχνοτήτων για μετάδοση μέσω ρελέ μικροκυμάτων, ομοαξονικού καλωδίου ή καλωδίου οπτικών ινών.
Στην ψηφιακή επικοινωνία, οι αναλογικές πληροφορίες ήχου μετατρέπονται πρώτα σε ψηφιακές χρησιμοποιώντας ένα ADC. Οι ψηφιακές πληροφορίες που αντιπροσωπεύουν μεμονωμένα κανάλια ήχου πολυπλέκονται χρόνου (πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου, TDMA) και μεταδίδονται μέσω σειριακής ψηφιακής ζεύξης (όπως σε ένα σύστημα PCM).
Ένας άλλος λόγος για την επεξεργασία του σήματος είναι η συμπίεση του εύρους ζώνης του σήματος (χωρίς σημαντική απώλεια πληροφοριών), ακολουθούμενη από μορφοποίηση και μετάδοση πληροφοριών σε μειωμένες ταχύτητες, γεγονός που επιτρέπει τον περιορισμό του απαιτούμενου εύρους ζώνης καναλιού. Τα μόντεμ υψηλής ταχύτητας και τα συστήματα προσαρμοστικής διαμόρφωσης κωδικού παλμού (ADPCM) χρησιμοποιούν ευρέως αλγόριθμους εξάλειψης πλεονασμού δεδομένων (συμπίεση), όπως και ψηφιακά συστήματα κινητής επικοινωνίας, συστήματα εγγραφής ήχου MPEG και τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (HDTV).
Τα βιομηχανικά συστήματα απόκτησης και ελέγχου δεδομένων χρησιμοποιούν πληροφορίες που λαμβάνονται από αισθητήρες για τη δημιουργία κατάλληλων σημάτων ανάδρασης, τα οποία με τη σειρά τους ελέγχουν άμεσα τη διαδικασία. Λάβετε υπόψη ότι αυτά τα συστήματα απαιτούν και ADC και DAC, καθώς και αισθητήρες, κλιματιστικά σήματος και DSP (ή μικροελεγκτές).
Σε ορισμένες περιπτώσεις, υπάρχει θόρυβος στο σήμα που περιέχει πληροφορίες και ο κύριος στόχος είναι η ανακατασκευή του σήματος. Τεχνικές όπως το φιλτράρισμα, η αυτοσυσχέτιση, η συνέλιξη, κ.λπ. χρησιμοποιούνται συχνά για να ολοκληρωθεί αυτή η εργασία τόσο σε αναλογικό όσο και σε ψηφιακό τομέα.
ΣΤΟΧΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΟΣ- Εξαγωγή πληροφοριών σήματος (πλάτος, φάση, συχνότητα, φασματικές συνιστώσες, σχέσεις χρονισμού)
- Μετατροπή μορφής σήματος (FDMA, TDMA, CDMA)
- Συμπίεση δεδομένων (μόντεμ, κινητά τηλέφωνα, HDTV, συμπίεση MPEG)
- Παραγωγή σημάτων ανάδρασης (βιομηχανικός έλεγχος διεργασιών)
- Απομόνωση σήματος από θόρυβο (φιλτράρισμα, αυτοσυσχέτιση, συνέλιξη)
- Απομόνωση και αποθήκευση σήματος σε ψηφιακή μορφή για μεταγενέστερη επεξεργασία (FFT)
Προετοιμασία σήματος
Στις περισσότερες από τις παραπάνω περιπτώσεις (που σχετίζονται με τη χρήση τεχνολογιών DSP), απαιτούνται τόσο ADC όσο και DAC. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται μόνο DAC όταν τα αναλογικά σήματα μπορούν να δημιουργηθούν απευθείας από το DSP και το DAC. Ένα καλό παράδειγμα είναι οι οθόνες βίντεο σάρωσης, στις οποίες ένα ψηφιακά παραγόμενο σήμα οδηγεί την εικόνα βίντεο ή τη μονάδα RAMDAC (στοιχεία εικονοστοιχείων από ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα).
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η τεχνητή σύνθεση μουσικής και ομιλίας. Στην πραγματικότητα, η παραγωγή φυσικών αναλογικών σημάτων χρησιμοποιώντας μεθόδους ψηφιακής μόνο βασίζεται σε πληροφορίες που προηγουμένως ελήφθησαν από πηγές παρόμοιων φυσικών αναλογικών σημάτων. Στα συστήματα απεικόνισης, τα δεδομένα στην οθόνη πρέπει να μεταφέρουν σχετικές πληροφορίες στον χειριστή. Κατά το σχεδιασμό συστημάτων ήχου, καθορίζονται οι στατιστικές ιδιότητες των παραγόμενων ήχων, οι οποίες έχουν προηγουμένως προσδιοριστεί μέσω της εκτεταμένης χρήσης μεθόδων DSP (πηγή ήχου, μικρόφωνο, προενισχυτής, ADC κ.λπ.).
Μέθοδοι και τεχνολογίες επεξεργασίας σήματος
Τα σήματα μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας αναλογικές τεχνικές (επεξεργασία αναλογικού σήματος ή ASP), ψηφιακές τεχνικές (επεξεργασία ψηφιακού σήματος ή DSP) ή συνδυασμό αναλογικών και ψηφιακών τεχνικών (μικτή επεξεργασία σήματος ή MSP). Σε ορισμένες περιπτώσεις η επιλογή των μεθόδων είναι σαφής, σε άλλες περιπτώσεις η επιλογή δεν είναι σαφής και η τελική απόφαση βασίζεται σε ορισμένες εκτιμήσεις.
Όσον αφορά το DSP, η κύρια διαφορά μεταξύ αυτού και της παραδοσιακής ανάλυσης δεδομένων υπολογιστή είναι η υψηλή ταχύτητα και η αποτελεσματικότητα πολύπλοκων λειτουργιών ψηφιακής επεξεργασίας όπως το φιλτράρισμα, η ανάλυση και η συμπίεση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.
Ο όρος "συνδυασμένη επεξεργασία σήματος" υπονοεί ότι το σύστημα εκτελεί τόσο αναλογική όσο και ψηφιακή επεξεργασία. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να εφαρμοστεί ως πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) ή ξεχωριστό τσιπ με ενσωματωμένα στοιχεία. Τα ADC και τα DAC θεωρούνται ως συνδυασμένες συσκευές επεξεργασίας σήματος, καθώς καθένα από αυτά υλοποιεί τόσο αναλογικές όσο και ψηφιακές λειτουργίες.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία IC της ολοκλήρωσης πολύ υψηλού επιπέδου (VLSI) επιτρέπουν πολύπλοκη (ψηφιακή και αναλογική) επεξεργασία σε ένα μόνο τσιπ. Η ίδια η φύση του DSP σημαίνει ότι αυτές οι λειτουργίες μπορούν να εκτελεστούν σε πραγματικό χρόνο.
Σύγκριση αναλογικής και ψηφιακής επεξεργασίας σήματος
Ο σημερινός μηχανικός βρίσκεται αντιμέτωπος με την επιλογή του κατάλληλου συνδυασμού αναλογικών και ψηφιακών τεχνικών για την επίλυση ενός προβλήματος επεξεργασίας σήματος. Είναι αδύνατη η επεξεργασία φυσικών αναλογικών σημάτων χρησιμοποιώντας μόνο ψηφιακές μεθόδους, καθώς όλοι οι αισθητήρες (μικρόφωνα, θερμοστοιχεία, πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι, κεφαλές μονάδας δίσκου κ.λπ.) είναι αναλογικές συσκευές.
Ορισμένοι τύποι σημάτων απαιτούν κυκλώματα κανονικοποίησης για περαιτέρω επεξεργασία σήματος, τόσο αναλογικό όσο και ψηφιακό. Τα κυκλώματα κανονικοποίησης σήματος είναι αναλογικοί επεξεργαστές που εκτελούν λειτουργίες όπως ενίσχυση, συσσώρευση (στη μέτρηση και προκαταρκτικοί ενισχυτές (buffer)), ανίχνευση σήματος σε φόντο θορύβου (ενισχυτές κοινής λειτουργίας υψηλής ακρίβειας, ισοσταθμιστές και γραμμικοί δέκτες), συμπίεση δυναμικού εύρους ( λογαριθμικοί ενισχυτές, λογαριθμικοί DAC και προγραμματιζόμενοι ενισχυτές απολαβής) και φιλτράρισμα (παθητικό ή ενεργό).
Διάφορες μέθοδοι για την υλοποίηση της επεξεργασίας σήματος φαίνονται στο Σχήμα 1. Η επάνω περιοχή του σχήματος δείχνει μια καθαρά αναλογική προσέγγιση. Οι υπόλοιπες περιοχές απεικονίζουν την υλοποίηση του DSP. Σημειώστε ότι μόλις επιλεγεί μια τεχνολογία DSP, η επόμενη απόφαση πρέπει να είναι ο εντοπισμός του ADC στη διαδρομή επεξεργασίας σήματος.
ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ
Εικόνα 1. Μέθοδοι επεξεργασίας σήματος
Γενικά, δεδομένου ότι το ADC μετακινείται πιο κοντά στον αισθητήρα, το μεγαλύτερο μέρος της επεξεργασίας αναλογικού σήματος γίνεται πλέον από το ADC. Η αύξηση των δυνατοτήτων του ADC μπορεί να αντικατοπτρίζεται στην αύξηση του ρυθμού δειγματοληψίας, στην επέκταση του δυναμικού εύρους, στην αύξηση της ανάλυσης, στην αποκοπή του θορύβου εισόδου, στη χρήση φιλτραρίσματος εισόδου και προγραμματιζόμενων ενισχυτών (PGA), στην παρουσία αναφορών τάσης στο τσιπ κ.λπ. Όλες οι αναφερόμενες προσθήκες αυξάνουν το λειτουργικό επίπεδο και απλοποιούν το σύστημα.
Με τις σύγχρονες τεχνολογίες που είναι διαθέσιμες για την παραγωγή DAC και ADC με υψηλούς ρυθμούς δειγματοληψίας και αναλύσεις, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην ενσωμάτωση όλο και περισσότερων κυκλωμάτων απευθείας σε ADC/DAC.
Στη βιομηχανία μετρήσεων, για παράδειγμα, υπάρχουν ADC 24-bit με ενσωματωμένους προγραμματιζόμενους ενισχυτές (PGA) που επιτρέπουν την απευθείας ψηφιοποίηση σημάτων γέφυρας 10 mV πλήρους κλίμακας χωρίς μεταγενέστερη κανονικοποίηση (π.χ. σειρά AD773x).
Στις συχνότητες φωνής και ήχου, σύνθετες συσκευές κωδικοποίησης-αποκωδικοποίησης είναι κοινές - κωδικοποιητές (Analog Front End, AFE), οι οποίοι έχουν ένα αναλογικό κύκλωμα ενσωματωμένο στο τσιπ που πληροί τις ελάχιστες απαιτήσεις για εξωτερικά στοιχεία κανονικοποίησης (AD1819B και AD73322).
Υπάρχουν επίσης κωδικοποιητές βίντεο (AFE) για εργασίες όπως η επεξεργασία εικόνας CCD και άλλες (για παράδειγμα, οι σειρές AD9814, AD9816 και AD984X).
Παράδειγμα υλοποίησης
Ως παράδειγμα χρήσης του DSP, συγκρίνετε αναλογικά και ψηφιακά φίλτρα χαμηλής διέλευσης (LPF), το καθένα με συχνότητα αποκοπής 1 kHz.
Το ψηφιακό φίλτρο υλοποιείται ως τυπικό ψηφιακό σύστημα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Σημειώστε ότι το διάγραμμα κάνει πολλές σιωπηρές υποθέσεις. Πρώτον, για την ακριβή επεξεργασία του σήματος, θεωρείται ότι η διαδρομή ADC/DAC έχει επαρκείς τιμές συχνότητας δειγματοληψίας, ανάλυσης και δυναμικού εύρους. Δεύτερον, για να ολοκληρωθούν όλοι οι υπολογισμοί της εντός του διαστήματος δειγματοληψίας (1/f s), η συσκευή DSP πρέπει να είναι αρκετά γρήγορη. Τρίτον, στην είσοδο ADC και στην έξοδο DAC εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη για αναλογικά φίλτρα για τον περιορισμό και την επαναφορά του φάσματος σήματος (φίλτρο anti-aliasing και φίλτρο κατά της απεικόνισης), αν και οι απαιτήσεις για την απόδοσή τους είναι χαμηλές. Με αυτές τις υποθέσεις, μπορούν να συγκριθούν ψηφιακά και αναλογικά φίλτρα.
Εικόνα 2. Μπλοκ διάγραμμα ψηφιακού φίλτρου
Η απαιτούμενη συχνότητα αποκοπής και για τα δύο φίλτρα είναι 1 kHz. Η αναλογική μετατροπή υλοποιείται πρώτου είδους έκτης τάξης (χαρακτηρίζεται από την παρουσία κυματισμών του συντελεστή μετάδοσης στη ζώνη διέλευσης και την απουσία κυματισμών έξω από τη ζώνη διέλευσης). Τα χαρακτηριστικά του παρουσιάζονται στο Σχήμα 2. Στην πράξη, αυτό το φίλτρο μπορεί να αναπαρασταθεί από τρία φίλτρα δεύτερης τάξης, καθένα από τα οποία είναι χτισμένο σε έναν λειτουργικό ενισχυτή και αρκετούς πυκνωτές. Χρησιμοποιώντας σύγχρονα συστήματα σχεδίασης φίλτρων με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD), η δημιουργία ενός φίλτρου έκτης τάξης είναι αρκετά εύκολη, αλλά η εκπλήρωση της προδιαγραφής επιπεδότητας 0,5 dB απαιτεί ακριβή επιλογή εξαρτημάτων.
Το ψηφιακό φίλτρο FIR 129 συντελεστών που φαίνεται στο Σχήμα 2 έχει επιπεδότητα ζώνης διέλευσης μόνο 0,002 dB, γραμμική απόκριση φάσης και πολύ πιο απότομη εκτροπή. Στην πράξη, τέτοια χαρακτηριστικά δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν χρησιμοποιώντας αναλογικές μεθόδους. Ένα άλλο προφανές πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι ότι το ψηφιακό φίλτρο δεν απαιτεί επιλογή εξαρτημάτων και δεν υπόκειται σε μετατόπιση παραμέτρων, καθώς η συχνότητα ρολογιού του φίλτρου σταθεροποιείται από έναν συντονιστή χαλαζία. Ένα φίλτρο με 129 συντελεστές απαιτεί 129 λειτουργίες πολλαπλασιασμού-συσσώρευσης (MAC) για τον υπολογισμό του δείγματος εξόδου. Αυτοί οι υπολογισμοί πρέπει να ολοκληρωθούν εντός ενός διαστήματος δειγματοληψίας 1/fs για να διασφαλιστεί η λειτουργία σε πραγματικό χρόνο. Σε αυτό το παράδειγμα, ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι 10 kHz, επομένως αρκούν 100 μs χρόνου επεξεργασίας, εκτός εάν απαιτείται σημαντικός πρόσθετος υπολογισμός. Η οικογένεια DSP ADSP-21xx μπορεί να ολοκληρώσει ολόκληρη τη διαδικασία πολλαπλασιασμού-συσσώρευσης (και άλλες λειτουργίες που απαιτούνται για την υλοποίηση του φίλτρου) σε έναν μόνο κύκλο εντολών. Επομένως, ένα φίλτρο με 129 συντελεστές απαιτεί ταχύτητα μεγαλύτερη από 129/100 μs = 1,3 εκατομμύρια εντολές ανά δευτερόλεπτο (MIPS). Τα υπάρχοντα DSP είναι πολύ πιο γρήγορα και επομένως δεν αποτελούν τον περιοριστικό παράγοντα για αυτές τις εφαρμογές. Η σειρά 16-bit σταθερού σημείου ADSP-218x προσφέρει απόδοση έως και 75MIPS. Η λίστα 1 δείχνει τον κωδικό συναρμολόγησης που εφαρμόζει το φίλτρο σε επεξεργαστές DSP της οικογένειας ADSP-21xx. Σημειώστε ότι οι πραγματικές γραμμές του εκτελέσιμου κώδικα επισημαίνονται με βέλη. τα υπολοιπα ειναι σχολια.
Εικόνα 3. Αναλογικά και ψηφιακά φίλτρα
Φυσικά, στην πράξη λαμβάνονται υπόψη πολλοί άλλοι παράγοντες κατά τη σύγκριση αναλογικών και ψηφιακών φίλτρων ή γενικά μεθόδων επεξεργασίας αναλογικού και ψηφιακού σήματος. Τα σύγχρονα συστήματα επεξεργασίας σήματος συνδυάζουν αναλογικές και ψηφιακές μεθόδους για να υλοποιήσουν την επιθυμητή λειτουργία και να επωφεληθούν από τις καλύτερες μεθόδους, αναλογικές και ψηφιακές.
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ:
ΦΙΛΤΡΟ FIR ΓΙΑ ADSP-21XX (ΜΟΝΗΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ)
ΕΝΟΤΗΤΑ fir_sub; ( Υπορουτίνα φίλτρου FIR Παράμετροι κλήσης υπορουτίνας I0 --> Παλαιότερα δεδομένα στη γραμμή καθυστέρησης I4 --> Πίνακας συντελεστών έναρξης φίλτρου L0 = Μήκος φίλτρου (N) L4 = Μήκος φίλτρου (N) M1,M5 = 1 CNTR = Μήκος φίλτρου - 1 (N-1) Επιστρεφόμενες τιμές MR1 = Αποτέλεσμα άθροισης (στρογγυλοποιημένο και περιορισμένο) I0 --> Παλαιότερα δεδομένα στη γραμμή καθυστέρησης I4 --> Έναρξη πίνακα συντελεστών φίλτρου Μεταβλητοί καταχωρητές MX0,MY0,MR Χρόνος εκτέλεσης (N - 1) + 6 κύκλοι = N + 5 κύκλοι Όλοι οι συντελεστές είναι γραμμένοι σε μορφή 1.15). έλατο: MR=0, MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5) CNTR = N-1; DO συνέλιξη ΜΕΧΡΙ CE? συνέλιξη: MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5);
Μην ξεχνάτε την επεξεργασία αναλογικού σήματος
Φιλτράρισμα υψηλής διέλευσης/RF, διαμόρφωση, αποδιαμόρφωση
αναλογικά φίλτρα περιορισμού και επαναφοράς φάσματος (συνήθως φίλτρα χαμηλής διέλευσης) για ADC και DAC
όπου η κοινή λογική και το κόστος υλοποίησης υπαγορεύουν
Λογοτεχνία:
Μαζί με το άρθρο «Τύποι σημάτων» διαβάστε:
Σήμερα θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι τα αναλογικά και τα ψηφιακά σήματα; Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Ας μην πετάξουμε διάφορους επιστημονικούς όρους και ορισμούς, αλλά προσπαθήστε να κατανοήσετε την κατάσταση με μια ματιά.
Για να εμφανιστούν κόκκινες, μπλε και πράσινες ρίγες στην οθόνη, πρέπει να εφαρμόσετε εναλλάξ 5, 6, 7 βολτ στο καλώδιο. Όσο πιο γρήγορα αλλάζουμε τάσεις, τόσο πιο λεπτές είναι οι λωρίδες που παίρνουμε στην οθόνη. Μειώνοντας στο ελάχιστο το διάστημα μεταξύ των αλλαγών τάσης, δεν έχουμε πλέον ρίγες, αλλά χρωματιστές κουκκίδες που εναλλάσσονται η μία μετά την άλλη.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του αναλογικού σήματος είναι το γεγονός ότι μεταδίδεται αυστηρά από τον πομπό στον δέκτη (για παράδειγμα, από μια κεραία σε μια τηλεόραση), δεν υπάρχει ανάδραση. Επομένως, εάν παρεμβολές παρεμποδίσουν τη μετάδοση του σήματος (για παράδειγμα, αντί για έξι βολτ υπάρχουν τέσσερα), το χρώμα του εικονοστοιχείου θα παραμορφωθεί και θα εμφανιστούν κυματισμοί στην οθόνη.
Το αναλογικό σήμα είναι συνεχές.
Τι είναι το ψηφιακό σήμα;
Η μετάδοση δεδομένων πραγματοποιείται επίσης χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό σήμα, αλλά υπάρχουν μόνο δύο έννοιες αυτών των σημάτων και αντιστοιχούν σε 0 και 1. Δηλαδή. Μια ακολουθία μηδενικών και μονάδων μεταδίδεται κατά μήκος των καλωδίων. Κάτι σαν αυτό: 01010001001, κ.λπ. Για να διασφαλιστεί ότι η συσκευή λήψης (για παράδειγμα, μια τηλεόραση) δεν θα μπερδευτεί στα μεταδιδόμενα δεδομένα, οι αριθμοί μεταδίδονται σε παρτίδες. Συμβαίνει κάπως έτσι: 10100010 10101010 10100000 10111110. Κάθε τέτοιο πακέτο φέρει κάποιες πληροφορίες, για παράδειγμα, το χρώμα ενός pixel. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ενός ψηφιακού σήματος είναι ότι οι συσκευές εκπομπής και λήψης μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και να διορθώνουν μεταξύ τους σφάλματα που μπορεί να προκύψουν κατά τη μετάδοση.
Παραδείγματα μετάδοσης ψηφιακών και αναλογικών σημάτων
Για ένα ψηφιακό σήμα, η μετάδοση γίνεται κάπως έτσι:
- Παρέμβαση: ΑΧΧΧΧΧΧΧΧΧ!
- Τηλεόραση: Ποιο; Δεν σε ακούω!
- VCR: Πράσινο!
- TV: Ναι, το κατάλαβα! ζωγραφίζω πράσινο.
- TV: Επιβεβαιώστε ότι το χρώμα είναι κόκκινο.
- VCR: Επιβεβαιώνω.
- Τηλεόραση: Εντάξει! ζωγραφίζω.
Μετάδοση για αναλογικό σήμα:
- VCR: Γεια, τηλεόραση, το χρώμα του pixel με συντεταγμένες 120x300 είναι πράσινο.
- Παρέμβαση: ΑΧΧΧΧΧΧΧΧΧ!
- Τηλεόραση: Ποιο; Δεν σε ακούω! Ανάθεμα, θα ζωγραφίσω μπλε.
- VCR: Το επόμενο χρώμα είναι το κόκκινο!
- Παρέμβαση: BANG! ΚΕΡΑΙΑ!
- Τηλεόραση: Φαίνεται ότι είναι κόκκινο! ζωγραφίζω.
- VCR: Φτυάρι!
- Παρεμβολή: PSHSHSHSHSH!
- Τηλεόραση:;! Χρειάζεται να σχεδιάσετε κάτι;! Ας είναι ένα φτυάρι!
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ψηφιακών και αναλογικών σημάτων
Από τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι, αν και άλλα πράγματα είναι ίσα, η ποιότητα της μετάδοσης πληροφοριών με χρήση ψηφιακών σημάτων θα είναι υψηλότερη από ό,τι με την αναλογική αναπαράσταση του σήματος. Ταυτόχρονα, με καλή θόρυβο, οι δύο τεχνολογίες μπορούν να ανταγωνίζονται επί ίσοις όροις.
πληροφοριακό σήμα -φυσική διαδικασία που έχει για ένα άτομο ή τεχνική συσκευή ενημερωτικήέννοια. Μπορεί να είναι συνεχής (αναλογικός) ή διακριτός
Ο όρος «σήμα» ταυτίζεται πολύ συχνά με τις έννοιες «δεδομένα» και «πληροφορίες». Πράγματι, αυτές οι έννοιες είναι αλληλένδετες και δεν υπάρχουν η μία χωρίς την άλλη, αλλά ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες.
Σύνθημαείναι μια συνάρτηση πληροφοριών που μεταφέρει ένα μήνυμα σχετικά με τις φυσικές ιδιότητες, κατάσταση ή συμπεριφορά οποιουδήποτε φυσικού συστήματος, αντικειμένου ή περιβάλλοντος και ο σκοπός της επεξεργασίας σήματος μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η εξαγωγή ορισμένων πληροφοριών πληροφοριών που εμφανίζονται σε αυτά τα σήματα (σε σύντομες - χρήσιμες ή στοχευμένες πληροφορίες) και μετατροπή αυτών των πληροφοριών σε μορφή κατάλληλη για αντίληψη και περαιτέρω χρήση.
Οι πληροφορίες μεταδίδονται με τη μορφή σημάτων. Ένα σήμα είναι μια φυσική διαδικασία που μεταφέρει πληροφορίες. Το σήμα μπορεί να είναι ηχητικό, ελαφρύ, με τη μορφή αλληλογραφίας κ.λπ.
Ένα σήμα είναι ένας υλικός φορέας πληροφοριών που μεταδίδεται από μια πηγή στον καταναλωτή. Μπορεί να είναι διακριτό και συνεχές (αναλογικό)
Αναλογικό σήμα- ένα σήμα δεδομένων στο οποίο καθεμία από τις αντιπροσωπευτικές παραμέτρους περιγράφεται από μια συνάρτηση χρόνου και ένα συνεχές σύνολο πιθανών τιμών.
Τα αναλογικά σήματα περιγράφονται από συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου, γι' αυτό και ένα αναλογικό σήμα μερικές φορές ονομάζεται συνεχές σήμα. Τα αναλογικά σήματα αντιπαραβάλλονται με τα διακριτά (κβαντισμένα, ψηφιακά).
Παραδείγματα συνεχών χώρων και αντίστοιχων φυσικών μεγεθών: (ευθεία γραμμή: ηλεκτρική τάση· κύκλος: θέση ρότορα, τροχού, γραναζιού, δείκτης αναλογικού ρολογιού ή φάσης σήματος φορέα· τμήμα: θέση εμβόλου, μοχλός ελέγχου, θερμόμετρο υγρού , ή ηλεκτρικό σήμα περιορισμένο σε πλάτος διάφοροι πολυδιάστατοι χώροι: χρώμα, σήμα διαμορφωμένο σε τετραγωνισμό.)
Οι ιδιότητες των αναλογικών σημάτων είναι σε μεγάλο βαθμό τις αντίθετες ιδιότητες του κβαντισμένου ή του ψηφιακούσήματα.
Η απουσία σαφώς διακριτών διακριτών επιπέδων σήματος καθιστά αδύνατη την εφαρμογή της έννοιας της πληροφορίας με τη μορφή όπως γίνεται κατανοητό στις ψηφιακές τεχνολογίες για την περιγραφή της. Η «ποσότητα πληροφοριών» που περιέχεται σε μία ανάγνωση θα περιοριστεί μόνο από το δυναμικό εύρος του οργάνου μέτρησης.
Χωρίς πλεονασμό. Από τη συνέχεια του χώρου τιμών προκύπτει ότι οποιοσδήποτε θόρυβος εισάγεται στο σήμα δεν διακρίνεται από το ίδιο το σήμα και, επομένως, το αρχικό πλάτος δεν μπορεί να αποκατασταθεί. Στην πραγματικότητα, το φιλτράρισμα είναι δυνατό, για παράδειγμα, με μεθόδους συχνότητας, εάν είναι γνωστές τυχόν πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες αυτού του σήματος (ιδιαίτερα, της ζώνης συχνοτήτων).
Εφαρμογή:
Τα αναλογικά σήματα χρησιμοποιούνται συχνά για να αναπαραστήσουν συνεχώς μεταβαλλόμενα φυσικά μεγέθη. Για παράδειγμα, ένα αναλογικό ηλεκτρικό σήμα που λαμβάνεται από ένα θερμοστοιχείο μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τις αλλαγές θερμοκρασίας, ένα σήμα από ένα μικρόφωνο μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τις γρήγορες αλλαγές της πίεσης σε ένα ηχητικό κύμα κ.λπ.
Διακριτό σήμααποτελείται από ένα μετρήσιμο σύνολο (δηλαδή ένα σύνολο του οποίου τα στοιχεία μπορούν να μετρηθούν) από στοιχεία (λένε - στοιχεία πληροφοριών). Για παράδειγμα, το σήμα "τούβλο" είναι διακριτό. Αποτελείται από τα ακόλουθα δύο στοιχεία (αυτό είναι το συντακτικό χαρακτηριστικό αυτού του σήματος): έναν κόκκινο κύκλο και ένα λευκό ορθογώνιο μέσα στον κύκλο, που βρίσκονται οριζόντια στο κέντρο. Είναι με τη μορφή ενός διακριτού σήματος που παρουσιάζονται οι πληροφορίες που ο αναγνώστης κατέχει αυτήν τη στιγμή. Μπορείτε να διακρίνετε τα ακόλουθα στοιχεία: ενότητες (για παράδειγμα, "Πληροφορίες"), υποενότητες (για παράδειγμα, "Ιδιότητες"), παραγράφους, προτάσεις, μεμονωμένες φράσεις, λέξεις και μεμονωμένους χαρακτήρες (γράμματα, αριθμούς, σημεία στίξης κ.λπ.). Αυτό το παράδειγμα δείχνει ότι ανάλογα με την πραγματιστική του σήματος, μπορούν να διακριθούν διαφορετικά στοιχεία πληροφοριών. Στην πραγματικότητα, για ένα άτομο που μελετά την επιστήμη των υπολογιστών από ένα δεδομένο κείμενο, μεγαλύτερα στοιχεία πληροφοριών, όπως ενότητες, υποενότητες και μεμονωμένες παράγραφοι, είναι σημαντικά. Του επιτρέπουν να περιηγηθεί πιο εύκολα στη δομή της ύλης, να την αφομοιώσει καλύτερα και να προετοιμαστεί για την εξέταση. Για εκείνον που ετοίμασε αυτό το μεθοδολογικό υλικό, εκτός από τα υποδεικνυόμενα στοιχεία πληροφοριών, σημαντικά είναι και μικρότερα, για παράδειγμα, μεμονωμένες προτάσεις, με τη βοήθεια των οποίων παρουσιάζεται αυτή ή η άλλη ιδέα και οι οποίες εφαρμόζουν αυτήν ή εκείνη τη μέθοδο προσβασιμότητας το υλικό. Το σύνολο των μικρότερων στοιχείων ενός διακριτού σήματος ονομάζεται αλφάβητο και το ίδιο το διακριτό σήμα ονομάζεται επίσης μήνυμα.
Η δειγματοληψία είναι η μετατροπή ενός συνεχούς σήματος σε διακριτό (ψηφιακό).
Η διαφορά μεταξύ διακριτής και συνεχούς αναπαράστασης πληροφοριών είναι ξεκάθαρα ορατή στο παράδειγμα ενός ρολογιού. Σε ένα ηλεκτρονικό ρολόι με ψηφιακό καντράν, οι πληροφορίες παρουσιάζονται διακριτά - σε αριθμούς, καθένας από τους οποίους είναι σαφώς διαφορετικός μεταξύ τους. Σε ένα μηχανικό ρολόι με επιλογέα δείκτη, οι πληροφορίες παρουσιάζονται συνεχώς - οι θέσεις των δύο χεριών και οι δύο διαφορετικές θέσεις του χεριού δεν διακρίνονται πάντα σαφώς (ειδικά αν δεν υπάρχουν δείκτες λεπτών στον επιλογέα).
Συνεχές σήμα– αντανακλάται από κάποιο φυσικό μέγεθος που αλλάζει σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα, για παράδειγμα, ηχόχρωμη ή ηχητική ένταση. Οι πληροφορίες αυτές παρουσιάζονται με τη μορφή συνεχούς σήματος για όσους φοιτητές - καταναλωτές παρακολουθούν διαλέξεις πληροφορικής και αντιλαμβάνονται το υλικό μέσω ηχητικών κυμάτων (με άλλα λόγια, της φωνής του εισηγητή), τα οποία έχουν συνεχή χαρακτήρα.
Όπως θα δούμε στη συνέχεια, ένα διακριτό σήμα είναι πιο επιδεκτικό μετασχηματισμού και επομένως έχει πλεονεκτήματα σε σχέση με ένα συνεχές. Ταυτόχρονα, σε τεχνικά συστήματα και σε πραγματικές διεργασίες, κυριαρχεί ένα συνεχές σήμα. Αυτό μας αναγκάζει να αναπτύξουμε τρόπους για να μετατρέψουμε ένα συνεχές σήμα σε διακριτό.\
Για να μετατρέψετε ένα συνεχές σήμα σε διακριτό, καλείται μια διαδικασία κβαντισμός.
Ένα ψηφιακό σήμα είναι ένα σήμα δεδομένων στο οποίο κάθε μία από τις παραμέτρους που αντιπροσωπεύουν περιγράφεται από μια διακριτή συνάρτηση χρόνου και ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών.
Ένα διακριτό ψηφιακό σήμα είναι πιο δύσκολο να μεταδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις από ένα αναλογικό σήμα, επομένως είναι προδιαμορφωμένο στην πλευρά του πομπού και αποδιαμορφωμένο στην πλευρά του δέκτη πληροφοριών. Η χρήση αλγορίθμων για τον έλεγχο και την επαναφορά ψηφιακών πληροφοριών σε ψηφιακά συστήματα μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αξιοπιστία της μετάδοσης πληροφοριών.
Σχόλιο. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ένα πραγματικό ψηφιακό σήμα είναι αναλογικό στη φυσική του φύση. Λόγω του θορύβου και των αλλαγών στις παραμέτρους της γραμμής μεταφοράς, έχει διακυμάνσεις στο πλάτος, τη φάση/συχνότητα (jitter) και την πόλωση. Αλλά αυτό το αναλογικό σήμα (παλμικό και διακριτό) είναι προικισμένο με τις ιδιότητες ενός αριθμού. Ως αποτέλεσμα, καθίσταται δυνατή η χρήση αριθμητικών μεθόδων (επεξεργασία υπολογιστή) για την επεξεργασία του.
