Дискретный (цифровой) и аналоговый сигнал: отличия

Аналоговый сигнал

Для начала вспомним, что сигнальные данные – это коды, использующиеся для обмена какими-либо сообщениями в информационных или управленческих сферах деятельности. В электронике аналоговый тип кода используется при передаче электричества: при этом определённым величинам амплитуды и частоты звука, яркости цвета и света соответствуют определённые значения напряжения. Из-за этих соответствий данный тип передачи данных и прозвали аналоговым.

В мире физики передачу данных при помощи сигнала можно отразить графически. В данном случае график будет представлять собой постоянно «скачущую» то вверх, то вниз кривую, не имеющую прямых углов. Похожие графики большинство из нас часто рисовало в школе на уроках физики и математики.

Определения

Термин цифровой сигнал имеет связанные определения в разных контекстах.

В цифровой электронике

Пять уровня РАМ цифровой сигнал

В цифровой электронике цифровой сигнал представляет собой последовательность импульсов ( сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией ), то есть последовательность прямоугольных электрических импульсов фиксированной ширины или световых импульсов, каждый из которых занимает один из дискретного числа уровней амплитуды. Особым случаем является логический или двоичный сигнал , уровень которого варьируется от низкого до высокого.

Последовательности импульсов в цифровых схемах обычно генерируются устройствами на полевых транзисторах металл-оксид-полупроводник (MOSFET) из-за их высокой скорости электронного переключения и возможности крупномасштабной интеграции (LSI). Напротив, биполярные транзисторы медленнее генерируют аналоговые сигналы, напоминающие синусоидальные волны .

В обработке сигналов

При обработке сигналов цифровой сигнал представляет собой абстракцию, дискретную по времени и амплитуде, что означает, что он существует только в определенные моменты времени.

При цифровой обработке сигнала цифровой сигнал представляет собой дискретизируемый и квантованный физический сигнал. Цифровой сигнал — это абстракция, дискретная по времени и амплитуде. Значение сигнала существует только через регулярные интервалы времени, так как только значения соответствующего физического сигнала в эти дискретизированные моменты важны для дальнейшей цифровой обработки. Цифровой сигнал — это последовательность кодов, составленная из конечного набора значений. Цифровой сигнал может храниться, обрабатываться или передаваться физически как сигнал с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

В коммуникациях

Сигнал с частотной манипуляцией (FSK) чередуется между двумя формами волны и обеспечивает передачу в полосе пропускания. Считается средством передачи цифровых данных .

AMI кодированные цифровой сигнал , используемый в передаче основной полосы частот (линейное кодирование)

В цифровой связи цифровой сигнал — это непрерывный физический сигнал, чередующийся между дискретным числом форм волны, представляющий поток битов . Форма сигнала зависит от схемы передачи, которая может быть либо схемой линейного кодирования , допускающей передачу в основной полосе частот ; или схема цифровой модуляции , позволяющая передавать полосу пропускания по длинным проводам или в ограниченной полосе радиочастот. Такая модулированная несущей синусоида считается цифровым сигналом в литературе по цифровой связи и передаче данных, но рассматривается как поток битов, преобразованный в аналоговый сигнал в электронике и компьютерных сетях.

В системах связи обычно присутствуют источники помех, и шум часто является серьезной проблемой. Влияние помех обычно сводится к минимуму за счет максимально возможной фильтрации мешающих сигналов и использования избыточности данных . Основными преимуществами цифровых сигналов для связи часто считаются помехозащищенность и способность во многих случаях, например, с аудио- и видеоданными, использовать сжатие данных для значительного уменьшения полосы пропускания, требуемой для среды связи.

Чем отличается аналоговое ТВ от цифрового

Аналоговые – это естественные, окружающие нас повсеместно виды сигналов. В природе все звуки, цвета, изображения, вкусы и запахи возникают и передаются в виде аналоговых данных

Например, чтобы иметь зрительное представление об окружающем мире, человеку важно получать два вида аналоговой информации – цвет и яркость наблюдаемых объектов. В сетчатке глаза нейроны становятся аналогом цвета и яркости, и в мозгу возникает визуальная картина действительности

Но эта картина может искажаться туманом, дождем, снегом, дымом и другими зрительными помехами.

Подобным образом передается информация и в аналоговом телевидении:

1. Сначала изображение и звук поступают на микрофон и камеру;
2. Затем преобразуются в электрические сигналы, которые становятся простым аналогом звука и изображения;
3. Телевышка передаёт, а бытовая антенна принимает сигнал;
4. В телевизоре аналогом электрического сигнала станут звук и видеокартинка.

Цифровое телевидение устроено иначе:

1. На первом этапе в камере и микрофоне электрический сигнал так же станет аналогом звука и картинки;
2. Но для дальнейшей передачи аналого-цифровой преобразователь зашифрует данные в цифровой код, и только тогда вышка передаст сигнал в эфир.
3. Телевизионная антенна примет цифровые данные.
4. Далее всё зависит от телевизора. Если он оборудован встроенным цифро-аналоговым преобразователем (ресивером), то телевизор поймёт и обработает сигнал. На экране появится изображение, из динамиков послышится звук. Если нет, то данные для него остануться не расшифрованными, поэтому просматривать любимые телепередачи не получится.

Методы и технологии обработки сигналов

Сигналы могут быть обработаны с использованием аналоговых методов (аналоговой обработки
сигналов, или ASP), цифровых методов (цифровой обработки сигналов, или DSP) или комбинации аналоговых
и цифровых методов (комбинированной обработки сигналов, или MSP). В некоторых случаях выбор методов
ясен, в других случаях нет ясности в выборе и принятие окончательного решения основывается на
определенных соображениях.

Что касается DSP, то главное отличие его от традиционного компьютерного анализа данных
заключается в высокой скорости и эффективности выполнения сложных функций цифровой обработки,
таких как фильтрация, анализ с использованием быстрого
преобразования Фурье (БПФ) и сжатие данных в реальном масштабе времени.

Термин «комбинированная обработка сигналов» подразумевает, что системой выполняется и
аналоговая, и цифровая обработка. Такая система может быть реализована в виде печатной платы,
гибридной интегральной схемы (ИС) или отдельного кристалла с интегрированными элементами. АЦП и
ЦАП рассматриваются как устройства комбинированной обработки сигналов, так как в каждом из них
реализованы и аналоговые, и цифровые функции.

Недавние успехи технологии создания микросхем с очень высокой степенью интеграции (VLSI)
позволяют осуществлять комплексную (цифровую и аналоговую) обработку на одном кристалле. Сама
природа ЦОС подразумевает, что эти функции могут быть выполнены в режиме реального масштаба
времени.

Особенности передачи цифровых сигналов по линиям связи

В процессе функционирования цифровых телевизионных и радиокомплексов периодически возникает необходимость передачи цифровых сигналов по линиям связи, например кабельным, между отдельными аппаратными, студиями. Цифровые сигналы могут передаваться и на более дальние расстояния — между отдельными зданиями комплексов.

Возможны два способа передачи бит двоичных чисел, соответствующих отсчетам ИКМ сигнала. Если каждый бит отсчета передастся по отдельной линии, то это параллельная передача. Сигнал тактовой частоты в этом случае также передастся по отдельной соединительной линии. Потребность в большом числе кабельных линий является серьезным недостатком параллельной передачи, особенно для доставки сигнала на значительные расстояния. Требуются специальные многопарные кабели, сложные соединители. Этот метод практически используется только для соединений внутри аппаратуры и в меньшей степени в случае внутристудийных соединений.

Для передачи сигналов между аппаратными и на более далекие расстояния используется более экономичная последовательная передача, когда все биты отсчета передаются по одной физической линии методом временнόго уплотнения (мультиплексирования). При этом значительно возрастают тактовая частота и затухание в кабеле. Переход от параллельной к последовательной передаче и обратно производится с помощью соответствующих преобразователей, называемых в инженерной практике параллельно-последовательными и последовательно-параллельными преобразователями.

При передаче по реальной линии с шумами и помехами прямоугольная форма импульсов на приеме искажается, фронты растягиваются и как бы размываются шумом. При прохождении через приемный коммутатор точка соответствия пороговому уровню из-за влияния шума может хаотично сдвигаться, возникает дрожание фазы, приводящее, как и при наличии постоянной составляющей, к неточному восстановлению тактовой частоты. При длинных кабелях и значительном дрожании переход может сдвинуться в область соседнего тактового интервала — возникает межсимвольная интерференция.

Один из надежных способов добиться синхронности — применить для выделения тактовой частоты узкополосную цепь фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В этой цепи источником сигнала тактовой частоты служит высокостабильный генератор, управляемый по частоте напряжением с выхода фазового детектора, сравнивающего частоту и фазу генерируемого колебания и сигнала тактовой частоты, и обеспечивается надежная синхронизация.

Особенности передачи высокочастотных сигналов по коаксиальному кабелю

Сравнительные АЧХ кабельной линии, эквалайзера и АЧХ выходного сигнала после эквалайзера. Коэффициенты передачи кабеля и эквалайзера

Современный телевизионный коаксиальный кабель имеет внутренний проводник из омедненной стали, внутренний диэлектрик из вспенненного полиэтилена и экранирование фольгой и стальной оплеткой. Некоторые кабели имеет два слоя фольги, между которыми находится стальная оплетка.

Эталоном 75-Ом коаксиального кабеля для передачи цифровых сигналов считается кабель 1694A фирмы Belden Inc. Его отличают низкий уровень потерь сигнала на высоких частотах. Затухание сигнала на частоте 3 ГГц составляет 10,67 дБ/100 футов.

В зависимости от длины кабеля происходит различное затухание сигнала, которое определяется уровнем поглощения в диэлектрике, уровнем излучения, нагрузочной емкостью и скин-эффектом.

Главным фактором, ограничивающим передачу высокоскоростных сигналов в коаксиальном кабеле, является скин-эффект — ослабление прямо пропорционально частоте сигнала. Частотная зависимость затухания сигнала в кабеле — причина искажения формы сигналов и межсимвольной интерференции.

Следовательно, для того чтобы полностью восстановить форму сигнала, нужно скомпенсировать все потери, обусловленные различными эффектами. Эту функцию обеспечивает кабельный приемник — эквалайзер. В эквалайзере используется усилитель, АЧХ которого имеет обратную зависимость от затухания сигнала в кабеле. Специальные фильтры в структуре эквалайзера обеспечивают измерение двух компонент степени затухания и синтез управляющего сигнала для усилителя с частотно-зависимым и управляемым коэффициентом усиления.

Чем отличается непрерывный сигнал от дискретного

На первый взгляд отличия в сигналах можно не различить. Оба передаются в виде электрических импульсов по проводам или электромагнитными волнами в эфире. Преобразовываются в звук и изображение, выводятся на динамики и экран. Но разница существенна. Отличие аналогового сигнала от цифрового обусловлено особенностями обработки и передачи данных.

Аналоговые данные не кодируются и не шифруются, просто отображаются в электрические или электромагнитные импульсы. Приёмник преобразовывает импульсы в полном соответствии с полученным сигналом. Передаваемый и принимаемый импульс многогранен и характеризуются постоянным плавным изменением с течением времени. Величина и частота определяют параметры информации. Примером может быть соответствие определённого цвета экрана заданному напряжению. С течением времени цвета плавно меняются следуя изменению напряжения.

Казалось бы, природное происхождение, простота генерации, передачи и приёма благоприятствуют использованию аналогового сигнала. Но в дело вмешиваются электрические и электромагнитные помехи. Это могут быть электромагнитные наводки от электрических сетей, работающих механизмов, рельеф местности, грозы, бури на солнце, шумы создаваемые работой передающего и принимающего оборудования, прочие. Они изменяют плавную кривую. На приёмник информация поступает с изменениями. Шипение, хрипы и искаженное изображение обычная история для аналоговой связи.

Цифровая технология использует совсем иной принцип передачи. Аналоговые данные сначала кодируются и только потом передаются. Кодировка заключается в описании непрерывной кривой аналоговой информации. В каждый конкретный момент времени, передаваемый импульс имеет значение единицы или нуля, и определенная последовательность битов отображает всю полноту оригинальной картинки или звука.

Дискретный сигнал как азбука Морзе, только вместо точек и тире — чёткие биты. Ничего более, шумы и помехи им не мешают. Цифровой информации главное дойти до цели. Цифры без примесей передадут данные и без изменений перевоплотятся в звук и цвет. Но слабый сигнал может не донести полную картину. Как пример — пропадание слов или изображения полностью. Поэтому сотовые передатчики, устанавливают как можно ближе друг от друга, также используют повторители.

Примером непрерывных и дискретных сигналов могут служить старая проводная и новая сотовая связь. Через старые АТС иногда невозможно было разговаривать с соседним домом. Шумы и плохое усиление сигнала мешали слышать друг друга. Что бы вести полноценную беседу, приходилось громко кричать самому и прислушиваться к собеседнику. Другое дело сотовая связь основанная на цифровой технологии. Звук закодирован и хорошо передаётся на далёкие расстояния. Отчетливо слышно собеседника даже с другого континента.

Оба вида связи не лишены недостатков, а ключевыми отличиями являются:

1. Аналоговый подвержен помехам и поступает с искажениями. В то время как цифровой доходит полностью без искажений или отсутствует вовсе.
2. Принять или перехватить аналоговое вещание может любой приёмник такого принципа. Дискретная передача адресована конкретному адресату, кодируется и мало доступна к перехвату.
3. Объём передаваемых данных у аналоговой связи конечен, поэтому она практически исчерпала себя в передаче теле сигнала. Напротив с развитием технологии преобразования аналоговой информации в цифровой код растут объемы и качество трансляции. Например, главным отличием цифрового от аналогового телевидения является превосходное качество изображения.

Цифровая технология выигрывает по всем показателям. Споры идут только среди любителей музыки. Многие меломаны и звукорежиссеры утверждают, что могут различить аналоговый оригинал и цифровую копию. Однако большинство слушателей этого сделать не в состоянии. Да и с развитием цифровых систем аналоговые данные кодируются точнее. Оригинальное звучание и цифровая копия делаются практически неразличимым.

Дискретный сигнал

Сейчас каждый человек пользуется мобильным телефоном или какой-то «звонилкой» на своем компьютере. Одна из задач приборов или программного обеспечения – это передача сигнала, в данном случае голосового потока. Для переноса непрерывной волны необходим канал, который имел бы пропускную способность высшего уровня. Именно поэтому было предпринято решение использовать дискретный сигнал. Он создает не саму волну, а ее цифровой вид. Почему же? Потому что передача идет от техники (например, телефона или компьютера). В чем плюсы такого вида переноса информации? С его помощью уменьшается общее количество передаваемых данных, а также легче организуется пакетная отправка.

Понятие «дискретизация» уже давно стабильно используется в работе вычислительной техники. Благодаря такому сигналу передается не непрерывная информация, которая полностью закодирована специальными символами и буквами, а данные, собранные в особенные блоки. Они являются отдельными и законченными частицами. Такой метод кодировки уже давно отодвинулся на второй план, однако не исчез полностью. С помощью него можно легко передавать небольшие куски информации.

Аналоговое или цифровое? Как определить какое телевидение вы смотрите

1. Маркировка аналоговых телеканалов

— B целях подготовки к переходу на цифру ФГУП «РТРС» совместно с федеральными телеканалами уже маркирует аналоговый телесигнал специальной литерой «А», добавленной к логотипам аналоговых версий телеканалов «Первый канал», «Россия 1», НТВ, 5 Канал, Рен-ТВ и СТС. В цифровой версии указанных каналов литера отсутствует.

— Наличие на экране литеры «А» означает, что зритель смотрит старый аналоговый телевизор, либо пользуется новым телевизором, не переключенным в режим приема цифрового сигнала.

— Маркировка хорошо читается как на устаревших телевизорах c электронно-лучевой трубкой, так и на современных LED-панелях.

— Маркировка литерой «А» внедряется в аналоговом эфире указанных каналов начиная с начала июня 2018 г. вплоть до завершения поэтапного сокращения аналогового вещания.

2. О переходе на цифровое телевещание

— С января 2019 г. Российская Федерация полностью перейдет на цифровое эфирное телевещание.

— В рамках реализации федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009–2018 годы» в России силами ФГУП «РТРС» создается сеть цифрового эфирного (наземного) телевещания с охватом более 98 % населения, включающая два мультиплекса по 10 каналов, a также 3 радиоканала.

— С запуском сети цифрового вещания граждане России абсолютно бесплатно получают набор телеканалов высокого качества, сопоставимый с тем, что раньше предлагалось только в платных пакетах.

— Первый мультиплекс составляют общероссийские обязательные общедоступные телеканалы, перечень которых определен Указом Президента Российской Федерации от 24.06.2009 № 715.

— Второй мультиплекс составляют обязательные общедоступные телеканалы, выбранные на основании конкурса, проведенного Федеральной конкурсной комиссией по телерадиовещанию.

— Строительство сети первого и второго мультиплекса завершено практически во всех субъектах Российской Федерации. Установлены и работают более 9,5 тыс. передатчиков из 10 тыс. Полностью сеть будет введена в эксплуатацию после завершения строительства всех объектов в конце 2018 года.

— На сегодняшний День российский проект по переходу на цифровое вещание – самый масштабный в мире.

— Для 1,6% населения, проживающих вне зоны эфирного наземного вещания, будет обеспечена возможность приема программ с использованием системы непосредственного спутникового вещания.

3. Пользовательское оборудование для приема цифрового сигнала

— Для просмотра цифровых программ потребуется телевизор формата DVB-T2 или адаптация старого телевизора посредством цифровой приставки.

— Владельцы старых аналоговых телевизоров, которые не приобретут новое оборудована до января 2019 г., потеряют возможность смотреть большинство телепрограмм.

4. Если вы увидели на экране литеру «А»

— Проверьте в настройках вашего телевизора, доступен ли прием цифрового сигнала.

— Если ваш телевизор не принимает цифровой сигнал, до января 2019 г. рассмотрите возможность приобретения нового телевизора или цифровой телеприставки.

— По любым вопросам, касающимся пользовательского оборудования, обращайтесь в федеральную «горячую линию» ФГУП «РТРС» по телефону 8-800-220-20-02 или на информационный интернет-портал ФГУП «РТРС» по адресу: ртрс.рф.

Контактное лицо от филиала РТРС «Тульский ОРТПЦ»:

Тортев Виталий, начальник отдела, тел.: (4872) 66-87-87 (доб. 133 ); + 7 (920) 767-07-14.

Цифровое телевидение охватило уже практически территорию всей страны. Качественный цифровой сигнал новые телевизоры принимают самостоятельно, старые – с помощью специальной приставки. В чем разница между старым аналоговым и новым цифровым сигналом? Многим это непонятно и требует разъяснения.

Как аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и наоборот

Первой в цифровую форму преобразовали математическую, физическую и компьютерную информацию. Описать формулы и расчеты не составило труда. А вот для преображения аналоговой действительности в цифровые массивы уже потребовались специальные устройства. Ими стали аналого-цифровые преобразователи или сокращенно АЦП. Они предназначены для преобразования различных физических величин в цифровые коды. Обратное действие совершают устройства ЦАП.

Любые цифровые передатчики и приёмники оснащены такими преобразователями. Например, сотовому телефону, поступивший звук необходимо обработать и передать в оцифрованном виде. В то же время необходимо принять от другого абонента код, преобразовать и передать напряжение на динамик. Так же и с изображением на смартфонах и в телевизорах. В любом случае первоначальной информацией выступает напряжение.

Существует много видов АЦП, но самыми распространёнными являются следующие:

• параллельного преобразования;
• последовательного приближения;
• дельта-сигма, с балансировкой заряда.

Преобразования в АЦП понятийно связаны с измерением и сравнением. Кодировка, это процесс сравнения полученных от источника данных с эталоном. То есть полученная аналоговая величина сравнивается с эталонной (с заданным напряжением). Эталоном выступает информация о конкретном цвете, звуке и т.п. Она соответствует заложенным в устройство представлениям о преобразуемом сигнале. Потом данные эталонной величины кодируются для передачи. Во время аналого-цифровой обработки физических превращений сигнала не происходит. С аналогового делается цифровой матрица (модель).

Упрощенно работу любого АЦП можно представить так:

1. Измерение через определенные интервалы времени амплитуды напряжения.
2. Сравнение с эталоном и формирование данных.
3. Отгрузка оцифрованных сведений об изменениях амплитуды на передатчик.

Качество передаваемой информации зависит от двух параметров — точности и частоты измерений. Чем точнее измеряется и зашифровывается входящее напряжение, тем качественней передаваемая информация. Поэтому, имеет большое значение, сколько бит может зашифровать преобразователь. Чем плотнее информационный поток, тем точней передача данных. Это выражается в красках экрана, контрастности картинки и чистоте звука. Следующим важным показателем является дискретизация, то есть частота измерений. Чем чаще, тем меньше провалов в измерениях и необходимости сглаживания. В совокупности, чем чаще и точнее преобразователь может измерять и обрабатывать полученное напряжение, тем он лучше.

Отличие цифрового телевидения от аналогового

Разницу между аналоговым и цифровым вещанием проще всего заметить, представив итоговые характеристики обеих технологий в виде таблицы.

Вас может заинтересовать: Зачистка телевизионного кабеля под F-разъём (коннектор)