Основное отличие - аналоговые и цифровые сигналы

Аналоговый а также цифровой это две формы, которые используются для передачи сигналов. В главное отличие между аналоговыми и цифровыми сигналами заключается в том, что, в аналоговых сигналах сигнал может принимать любое значение в заданном диапазоне. в то время как, в цифровых сигналах сигнал может представлять только одно из дискретного набора значений.

Что такое аналоговые сигналы

Аналоговые сигналы - это сигналы, которые могут принимать любое значение на непрерывной шкале. Может существовать диапазон значений, которые может принимать сигнал, но в этом диапазоне сигнал может представлять любое значение. Аналоговый сигнал непрерывно и плавно изменяется со временем, так как регистрируемая величина меняет свое значение.

В качестве примера аналогового сигнала рассмотрим виниловую пластинку. Когда в студии играет музыка, микрофоны улавливают колебания давления воздуха из-за звука и преобразуют эти изменения давления воздуха в изменение напряжения в электрической цепи. Напряжение также постоянно меняется при изменении звука. Электрическая цепь подключена к игле, которая движется согласно напряжению. При движении игла образует бороздки в лаке. Позже эти бороздки переносятся на виниловый диск. Вариации в канавках непрерывны, и эти вариации соответствуют непрерывным вариациям исходного звука. Когда музыка воспроизводится на виниловом диске, игла в проигрывателе движется по канавкам и преобразует свои движения в непрерывный электрический сигнал. Сигнал может быть передан на динамик, и динамик может заставить свою мембрану двигаться вперед и назад в соответствии с принимаемым сигналом.

Увеличенное изображение виниловой пластинки, показывающее непрерывно меняющиеся канавки, способные воспроизводить непрерывный сигнал.

Поскольку аналоговые сигналы непрерывно меняются со временем, говорят, что они имеют бесконечное разрешение. То есть аналоговый сигнал может передавать изменение, которое происходит за бесконечно малый период времени. Однако шум все же может появиться, что со временем ухудшит качество сигнала.

Что такое цифровые сигналы

В цифровом сигнале сигнал может принимать только набор дискретных значений. Сам сигнал также является прерывистым, меняя свое значение через определенные промежутки времени. Персональные компьютеры - хорошие примеры устройств, использующих цифровые сигналы. Поскольку компьютеры обмениваются данными, используя «биты» единиц и нулей, и поскольку существует конечное число битов, которые могут быть обработаны за заданное время, компьютер не может обрабатывать непрерывный сигнал. Вместо этого сигнал должен быть «разбит» на цифровую форму. Это включает в себя в первую очередь отбор проб аналоговый сигнал в разные моменты времени. Тогда сигнал квантованный: то есть для каждого интервала времени сигналу присваивается приблизительное дискретное значение, представляющее исходный сигнал. Используемые временные интервалы часто очень малы, поэтому мы не можем заметить разницу (песня или видео, прослушанные на компьютере, выглядят непрерывно!)

Чем больше дискретный набор значений, который может принимать цифровой сигнал, тем ближе сигнал будет к исходной аналоговой форме. Срок разрешающая способность указывает, на сколько значений можно разбить сигнал. Например, 1-битное преобразование может принимать только два значения: 0 или 1. При 2-битном преобразовании сигнал может принимать 4 разных значения (00, 01, 10, 11). Число значений, которые может принимать цифровой сигнал, зависит от числа используемых битов. Чем больше количество используемых битов, тем лучше разрешение.

Преобразование непрерывного аналогового сигнала (красный) в дискретный цифровой сигнал (синий). Слева преобразование было выполнено с использованием 2 битов, что позволило создать 4 разных уровня цифрового сигнала. Справа используются 3 бита. Таким образом, сигнал может быть представлен 8 различными уровнями. Этот сигнал имеет более высокое разрешение и «ближе» к исходному аналоговому сигналу.

На изображении ниже показано увеличенное изображение поверхности компакт-диска (CD). На компакт-диске данные записываются в виде серии ямок и неровностей. Каждая ямка или выпуклость соответствует 0 или 1, и поэтому сигнал, создаваемый при чтении компакт-диска, является цифровым. Сравните эти вариации на компакт-диске с более продолжительными вариациями на виниловом диске (см. Выше).

Ямки и неровности на поверхности компакт-диска (увеличены с помощью атомно-силового микроскопа)

Со временем в цифровом сигнале может появиться шум. Однако легче отделить шум с помощью процесса, известного как регенерация.

Разница между аналоговыми и цифровыми сигналами

Природа сигнала

An аналоговый сигнал может принимать любое значение в заданном диапазоне.

А цифровой сигнал может принимать только одно из дискретного набора значений.

разрешение

Аналоговые сигналы иметь бесконечное разрешение.

Цифровые сигналы имеют конечное разрешение, которое зависит от количества битов, используемых для передачи данных.

Удаление шума

Сложно убрать шум в аналоговые сигналы. Со временем может нарастать шум.

В цифровые сигналы, шум убрать намного проще.

Изображение предоставлено

«Макросъемка канавок пластинки с четко видимыми вариациями». Автор: Шейн Гэвин (собственная работа) [CC BY 2.0], через Wikimedia Commons

«2-битное разрешение с четырьмя уровнями квантования…» от Hyacinth (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons (изменено)

«3-битное разрешение с восемью уровнями квантования…» от Hyacinth (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons (изменено)

«Микрофотография компакт-диска, сделанного с помощью атомно-силового микроскопа (режим отклонения)» от freiermensch (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons