Цифровые данные — digital data

Аналоговый и цифровой сигналы — различия, преимущества и недостатки

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

• высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
• легкость приема цифрового сигнала;
• отсутствие постороннего «шума»;
• цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
• высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Собственный шум

Аналоговые системы неизменно включают шум, который представляет собой случайные возмущения или отклонения, некоторые из которых вызваны случайными тепловыми колебаниями атомных частиц. Поскольку все вариации аналогового сигнала значительны, любое возмущение эквивалентно изменению исходного сигнала и поэтому выглядит как шум. По мере того как сигнал копируется и повторно копируется или передается на большие расстояния, эти случайные вариации становятся более значительными и приводят к ухудшению качества сигнала. Другие источники шума могут включать перекрестные помехи от других сигналов или плохо спроектированные компоненты. Эти помехи уменьшаются за счет экранирования и использования малошумящих усилителей (МШУ).

«В начале был сигнал…»

Этими словами Иоанн начал своё Евангелие, описывая времена, выходящие за пределы нашей эры. Мы начинаем эту статью не менее пафосно, и со всей серьёзностью заявляем, что в деле вещания «в начале был сигнал». В телевидении, как и во всей электронике, сигнал является основой. Говоря о нем, мы имеем в виду электромагнитные колебания, которые распространяются в воздухе с помощью передающей антенны и вызывают колебания тока в антенне-приёмнике. Эфирная волна может быть представлена как в непрерывной, так и в импульсной форме, что значительно сказывается на конечном результате – качестве приёма ТВ.

Что такое аналоговое телевидение? Это телевидение, знакомое каждому, которое застали ещё родители наших родителей. Оно транслируется незакодированным способом, его основой выступает аналоговый сигнал, и принимает его обычный, знакомый нам с детства, аналоговый телевизор. В настоящее время во многих странах осуществляется процесс оцифровки аналогового сигнала, а стало быть, эфирного телевидения. В некоторых странах Европы этот процесс уже завершён и наземное аналоговое ТВ отключено. На это есть причины, в которых предлагает разобраться эта статья.

Идея открытости

Идея свободного доступа к информации выдвинута отцом социологии, Робертом Кингом Мертоном, наблюдавшим Вторую мировую войну. Начиная 1946 годом, подразумевает передачу, хранение компьютерной информации. 1954 добавил возможность обработки. В декабре 2007 года желающие обсудить проблему собрались (Себастопол, Калифорния) и осмыслили программное обеспечение с открытым кодом, интернет, потенциал концепции массового доступа. Обама принял Меморандум о прозрачности и открытости действий правительства.

Роберт Кинг Мертон

Осознание человечеством реального потенциала цивилизации сопровождается призывами совместно решать проблемы. Концепция открытости данных широко обсуждается документом (1995) Американского научного агентства. Текст затрагивает геофизику и экологию. Общеизвестен пример корпорации ДюПонт, использовавший некоторые спорные технологии производства Тефлона.

Аналоговые микросхемы

Аналоговые интегральные микросхемы (ИМС) предназначены для преобразования аналоговых сигналов. Аналоговые ИМС используют в аппаратуре связи, телевизионной аппаратуре, радиолокации, медицинской технике и тому подобное. Они более разнообразны, чем цифровые и имеют меньшую плотность упаковки элементов.

По конструктивно-технологичным особенностям аналоговые ИМС могут быть гибридными или полупроводниковыми и изготавливаться на биполярных или полевых транзисторах.

Аналоговые микросхемы делятся на две группы. К первой группе относятся ИМС универсального назначения: операционные усилители, матрицы транзисторов, диодов и т.д., ко второй — специализированные аналоговые ИМС. Интегрированные сверхвысокочастотные (СВЧ) — микросхемы считают специализированными ИМС, но они имеют конструктивно технологическую, схемотехническую и функциональную специфику, что является причиной выделения их в отдельную подгруппу.

Среди аналоговых ИМС выделяют также многоцелевые усилители (операционные усилители). Они предназначены для усиления сигналов в широком диапазоне частот. Ими являются усилители низких, промежуточных и высоких частот. Серия аналоговых операционных усилителей охватывает широкий спектр различного функционального назначения, в совокупности дают возможность разрабатывать определенную группу аналоговых устройств в микроэлектронном исполнении.

Внутренняя схема простого операционного усилителя К140УД7 (LM741)

Аналоговые микросхемы универсальные и многофункциональные. Эти качества закладывают в них при разработке. Многофункциональные микросхемы изготавливают в массовом производстве. Узкоспециализированные ИМС не пользуются большим спросом, производятся в малом количестве или на заказ, поэтому они дорогие. Аналоговым ИМС, особенно операционным усилителям, свойственна функциональная перенасыщенность по большинству параметров. Это позволяет проектировать приборы промышленной электроники на базе интегральных микросхем с высокими техническими и эксплуатационными показателями.

Особенности аналоговой интегральной схемотехники

Аналоговые интегральные микросхемы предназначены для усиления, обработки и преобразования электрических сигналов, параметры которых изменяются по закону непрерывной функции. К таким аналоговым ИМС принадлежат операционные усилители, интегральные стабилизаторы, компаратора и другие схемы, состоящие из базовых схемотехнических элементов, например, элементарных усилительных каскадов, дифференциальных усилителей, каскадов смещения потенциальных уровней, генераторов стабильного тока, источников опорного напряжения, конечных усилительных каскадов. Эти элементарные схемы широко используются как при проектировании известных, так и при создании новых линейных ИМС.

При разработке полупроводниковых аналоговых ИМС большое внимание уделяется повышению технологичности микросхем, то есть уменьшению количества технологических операций. Это достигается использованием транзисторных структур не только как элементов усиления, а также для выполнения функций пассивных элементов, например, как резисторов, конденсаторов и т

д

При этом важно, чтобы у схемы была низкая чувствительность к разбросу параметров, что увеличивает процент выхода годных ИМС

Для аналоговых микросхем характерно использования обратных связей как с целью повышения электрических характеристик, так и для расширения функциональных возможностей, например, для выборочного усиления, коррекции характеристик и т. п. Поэтому разработчики радиоаппаратуры вводят внешние цепи обратных связей. Необходимо отметить, что в принципиальных схемах ИМС пытаются избежать местных обратных связей. Например, введение глубокого обратной связи для стабилизации режима работы усилительных каскадов по постоянному току (режим покоя) приводит к заметному уменьшению коэффициента усиления. Поэтому чаще всего режим стабилизируют параметрическими способами, используя транзисторные структуры в диодном включении.

Связь между отдельными каскадами в схеме ИМС непосредственная, без переходных конденсаторов. При этом встает проблема согласования как отдельных каскадов в составе микросхемы, так и отдельных микросхем между собой. Для такого согласования необходимо, чтобы потенциалы входящей и исходящей напряжений были близки к потенциалу общей клеммы источника питания. Это достигается, в частности, с помощью каскадов смещения потенциального уровня.

Что лучше подключить

Выбор подходящего формата телевещания сложен. Рекомендуется предварительно узнать о достоинствах и недостатках каждого из рассматриваемых форматов. Используемые сейчас четыре вида телевещания имеют ряд общих характеристик. Но еще больше между ними отличий.

Что общего

Цифровое вещание, как и аналоговое, является видом спутникового телевещания. Но при аналоговом вещании применяются стандарты типа PAL, NTSC или SECAM, а при цифровом – DVB-S или S-DMB. Второй формат качественнее и безопаснее первого.

Имеется ряд общих признаков и между кабельным, и спутниковым телевещанием. Обе технологии используют общий источник телесигнала – спутник. Они обе предоставляют потребителю широкий выбор телеканалов. Оба формата телевещания теперь используют современное ТВ-оборудование. Оно передает цифровые сигналы. Они обеспечивают подачу изображений и звуков высокой четкости на телевизионные приставки.

Чем отличаются

Цифровое телевещание отличается от аналогового по следующим критериям:

1. Качество сигнала. У цифрового оно высокое. Аналоговый сигнал некачественный и зависит от погодных условий. Он часто сопровождается помехами.
2. Уровень защиты сигнала. Цифровой защищен надежно, так как при его доставке используется кодировка. Аналоговый сигнал не защищен никакими способами, что делает его уязвимым для несанкционированного использования.
3. Качество изображений и звуков. Цифровой сигнал обеспечивает качественные картинки и видео. Аналоговый, из-за постоянных помех, нередко вовсе не доводит до потребителя изображения и звуки.
4. Мобильность. Цифровое вещание доступно даже вдали от дома. Надлежащее функционирование аналогового ТВ зависит от правильного расположения антенны.
5. Объем предоставляемых услуг. Цифровое телевещание обеспечивает потребителя разнообразными каналами (свыше сотни). Аналоговое ТВ позволяет использовать несколько телеканалов.
6. Простота использования. Эфирное (аналоговое) телевещание требует наличия антенны вместе с коаксиальным кабелем. Для установки цифрового ТВ понадобятся не только антенна с кабелем, но и ТВ тюнер.
7. Стоимость. Эфирное телевещание стоит намного меньше, чем цифровое. При покупке последнего потребуется дополнительно взять оборудование. Впоследствии пользователю цифрового ТВ будет необходимо платить абонентскую плату.

Существенна разница между кабельным и спутниковым телевещанием. Ее можно заметить по следующим критериям.

Приведенное сравнение позволяет подытожить, что будущее стоит за спутниковым телевещанием.

Аналоговая запись — Analog recording

Аналоговые записи

(греческая,ана является « в соответствии с» илоготипами «отношений», «слово») является методом , используемым для записи аналоговых сигналов , которые, среди многих возможностей, позволяютаналоговое аудио и аналоговое видео для последующего воспроизведения.

Аналоговый аудио запись началась с механическими системами , такими как фоноавтограф и фонограф . Позже, электронные методы , такие как провода запись и магнитофон были разработаны.

Аналоговые методы записи хранения сигналов в качестве непрерывного сигнала в

илина средствах массовой информации. Сигнал может быть сохранен в виде физической текстуры на граммофонной записи , или флуктуации в напряженности поля в виде магнитной записи . Это отличается от цифровой записи , где цифровые сигналы являются квантуется , и представлены в виде дискретных чисел .

фонограф

Эдисон и его фонограф машины

Фонограф был первый станок используется для захвата и воспроизведения аналогового звука, и был изобретен известным изобретателем Томасом Эдисоном в 1877 году Эдисон включены различные элементы в его Phonograph , которые станут главными продуктами , которые могут быть найдены в записывающих устройств и по сей день.

запись

Для звукового сигнала для записи на Phonograph , он должен пройти через три различных этапа. Во- первых, звук поступает компонент конусообразную устройства, называемого диафрагма микрофона.

Аналоговая и цифровая электроника

Поскольку информация в аналоговой и цифровой электронике кодируется по-разному , то, следовательно, и способ обработки сигнала различается. Все операции, которые могут быть выполнены с аналоговым сигналом, такие как усиление , фильтрация , ограничение и другие, также могут быть дублированы в цифровой области. Каждая цифровая схема также является аналоговой схемой в том смысле, что поведение любой цифровой схемы можно объяснить, используя правила аналоговых схем.

Использование микроэлектроники сделало цифровые устройства дешевыми и широко доступными.

Шум

Влияние шума на аналоговую схему зависит от уровня шума. Чем выше уровень шума, тем сильнее искажается аналоговый сигнал, постепенно теряющийся в использовании. Из-за этого говорят, что аналоговые сигналы «плавно выходят из строя». Аналоговые сигналы могут по-прежнему содержать понятную информацию с очень высоким уровнем шума. Цифровые схемы, с другой стороны, вообще не подвержены влиянию шума до тех пор, пока не будет достигнут определенный порог, после чего они катастрофически откажутся. Для цифровых телекоммуникаций можно увеличить порог шума с помощью схем и алгоритмов кодирования с обнаружением и исправлением ошибок . Тем не менее, все еще есть момент, когда происходит катастрофический отказ канала.

В цифровой электронике, поскольку информация квантуется , пока сигнал остается внутри диапазона значений, он представляет ту же информацию. В цифровых схемах сигнал регенерируется на каждом логическом элементе , уменьшая или удаляя шум. В аналоговых схемах потеря сигнала может быть восстановлена ​​с помощью усилителей . Тем не менее, шум является кумулятивным по всей системе , и сам усилитель добавит к шуму в зависимости от его шума .

Точность

На точность сигнала влияет ряд факторов, в основном шум, присутствующий в исходном сигнале, и шум, добавленный при обработке (см. Отношение сигнал / шум ). Фундаментальные физические ограничения, такие как дробовой шум в компонентах, ограничивают разрешение аналоговых сигналов. В цифровой электронике дополнительная точность достигается за счет использования дополнительных цифр для представления сигнала. Практический предел количества цифр определяется производительностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), поскольку цифровые операции обычно могут выполняться без потери точности. АЦП принимает аналоговый сигнал и преобразует его в серию двоичных чисел . АЦП может использоваться в простых цифровых устройствах отображения, например, термометрах или люксметрах, но он также может использоваться в цифровой звукозаписи и при сборе данных. Однако цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) используется для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. ЦАП принимает последовательность двоичных чисел и преобразует ее в аналоговый сигнал. Обычно в системе регулировки усиления операционного усилителя можно найти ЦАП, который, в свою очередь, может использоваться для управления цифровыми усилителями и фильтрами.

Сложность дизайна

Аналоговые схемы обычно сложнее проектировать, и для их концептуализации требуется больше навыков, чем для сопоставимых цифровых систем. Это одна из основных причин того, что цифровые системы стали более распространенными, чем аналоговые устройства. Аналоговая схема обычно разрабатывается вручную, и этот процесс гораздо менее автоматизирован, чем для цифровых систем. С начала 2000-х годов было разработано несколько платформ, которые позволяли определять аналоговый дизайн с помощью программного обеспечения, что позволяет быстрее создавать прототипы. Однако, если цифровое электронное устройство должно взаимодействовать с реальным миром, ему всегда потребуется аналоговый интерфейс. Например, каждый цифровой радиоприемник имеет аналоговый предусилитель в качестве первого каскада в цепи приема.

Аналоговые каналы связи

Аналоговые каналы связи являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (телефония).

Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передавать низкочастотный аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.

Примерами такой ситуации является передача голоса по радио и телевидению. Голос имеет спектр шириной примерно в 10кГц, а радиодиапазоны включают гораздо более высокие частоты, от 30кГц до 300МГц. Еще более высокие частоты используются в телевидении. Очевидно, что непосредственно голос через такую среду передать нельзя.

Модуляцией называется преобразование сигнала, заключающееся в изменении какого-либо его информационного параметра в соответствии с передаваемым сообщением.

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.

Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.Амплитудная модуляция (AM) — модуляция при которой амплитуда несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Частотная модуляция (FM) — модуляция при которой частота несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Фазовая модуляция (PM) — модуляция при которой фаза несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Динамический диапазон

Динамический диапазон

Важной характеристикой любой системы динамических измерений считается ее динамический диапазон. Четкого определения данного параметра для сигнала пока не существует, поэтому принято считать, что это соотношение наибольшего и наименьшего его значений, измеренных системой в определенный промежуток времени

Для каждого потока важно, чтобы его динамический диапазон максимально соответствовал аналогичной характеристике системы либо устройства, предназначенного для преобразования, передачи и хранения его величин. От правильного подбора зависит, насколько точно будет передана и преобразована информация любого потока

Виды данных

Исторически информацию представляли множеством способом. Оставим историкам иероглифы папирусов, разберем современные методики. Наибольший отпечаток наложило развитие электричества. Научись человек передаче мысли, символика вышла бы иной…

Аналоговый сигнал

Первыми попытками измерить аналоговые величины назовем опыты Вольты, измерявшего напряжение, ток. Следом сопротивление проводника сумел оценить Ом, Георг Ом. Каждый раз использовались аналоговые величины. Представление характеристик объекта в виде тока, напряжения дало мощный толчок развития современному миру. Электронно-лучевой кинескоп яркостью пикселей трех цветов отображает достаточно наглядную картинку.

Причины ухода от аналогового сигнала выявила Вторая мировая война. Система Зеленый шершень умела отлично шифровать информацию. 6-уровневый сигнал сложно назвать цифровым, однако намечается явный уклон. Исторически первой попыткой передачи бинарного кода назовем опыты Шиллинга 1832 года с телеграфом. Стремясь снизить количество соединяющих абонентов проводов, дипломат припомнил предложенные священниками методики двоичного счисления. Однако внедрение цифровой передачи потребовало от человечества пройти путь свыше полутора столетий.

Двоичный цифровой код

Двоичное счисление общеизвестно. Аналоговую величину представляют дискретным числом, затем производят кодирование. Полученный набор нулей, единиц обычно разбивают словами длиной 8 бит. Так, например, первые операционные системы Windows были 16-битными, графический модуль процессора обрабатывал числа с плавающей запятой разрядностью повыше. Еще более длинные слова используют специализированные вычислители графических карт. Специфика системы определяет конкретный способ представления информации.

Передача данных позволяет человечеству идти вперед быстрее. Люди обладают неодинаковыми способностями. Необязательно лучший сборщик, хранитель информации сможет извлечь выгоду (для себя, планеты, города…). Разумнее передать. Современный мир называют эпохой цифровой революции. Исторически оказалось, что двоичные данные передавать проще, появляется набор специфических возможностей:

1. Исправление ошибок.
2. Шифрование.
3. Упрощение физических линий.
4. Более эффективное использование спектра, снижение мощности передатчика, удельной плотности потока энергии.
5. Распознавание ошибок (EDC, 1951).
6. Возможность точного повтора, воспроизведения.

Вторая половина XX века дала сотни методик оцифровки аналоговых объектов. Главным признаком двоичного сигнала является дискретность. Аналоговую величину доподлинно передать код бессилен. Однако шаг дискретизации стал столь малым, что погрешностью пренебрегают. Яркий пример – изображения формата Full HD. Большое разрешение экрана гораздо лучше передает мелкие нюансы объекта. На некотором этапе разрешение цифровой техники обгоняет физиологические возможности человеческого зрения.

6.3. Возможности цифровых технологий. Электронные документы

• Цифровая запись допускает возможность многократной перезаписи информации без потери качества, т.е. позволяет хранить ин­формацию «вечно», периодически перенося ее с носителя на носи­тель (миграция); любая перезапись в аналоговом режиме приводит,как известно, к потере и исчезновению информации на этапах ее пе­реноса с носителя на носитель;
• При цифровом способе обеспечивается более высокое качество(достоверность) воспроизведения записи на носителе по сравнению с аналоговыми системами;
• Цифровые технологии позволили записывать на электронных носителях разные по физической природе аналоговые сигналы — изображения, визуальную информацию, звук. Была реализована воз­можность объединять на основе цифровой записи в одну систему несколько видов (средств) информации. Такие системы получили на­звание систем мультимедиа. Мощные многофункциональные ком­пьютеры и емкие оптические диски типа СО-КОМ позволили запи­сывать, хранить, воспроизводить, сочетать в разных вариантах и кор­ректировать любую информацию — речь, музыку, текст, фильмы, цветные и черно-белые изображения. Фактически исчезла грань ме­жду видами документов с их специфическими нишами аналоговых форм, материалов, технологий.

гипермедиа

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис