¿Con qué señales funcionan los dispositivos digitales? señal analógica

Una persona habla por teléfono todos los días, mira varios canales de televisión, escucha música y navega por Internet. Todos los entornos de comunicaciones y otros entornos de información se basan en la transmisión de señales de diversos tipos. Mucha gente hace preguntas sobre en qué se diferencia la información analógica de otros tipos de datos, qué es una señal digital. La respuesta se puede obtener comprendiendo la definición de varias señales eléctricas y estudiando sus diferencias fundamentales entre sí.

señal analógica

Una señal analógica (continua) es una señal de información natural que tiene un cierto número de parámetros que se describen mediante una función de tiempo y un conjunto continuo de todos los valores posibles.

Los sentidos humanos captan toda la información del entorno de forma analógica. Por ejemplo, si una persona ve un camión que pasa cerca, se observa su movimiento y cambia continuamente. Si el cerebro recibiera información sobre el movimiento de los vehículos una vez cada 15 segundos, las personas siempre caerían bajo sus ruedas. Una persona evalúa la distancia instantáneamente, y en cada momento es definida y diferente.

Lo mismo sucede con otra información: la gente escucha el sonido y evalúa su volumen, evalúa la calidad de la señal de video, etc. En consecuencia, todos los tipos de datos son de naturaleza analógica y cambian constantemente.

Sólo una nota. Las señales analógicas y digitales intervienen en la transmisión del habla de los interlocutores que se comunican por teléfono; Internet funciona sobre la base del intercambio de estos canales de señales a través de un cable de red. Este tipo de señales son de naturaleza eléctrica.

Una señal analógica se describe mediante una función matemática de tiempo similar a una onda sinusoidal. Si toma medidas, por ejemplo, de la temperatura del agua, calentándola y enfriándola periódicamente, entonces el gráfico de la función mostrará una línea continua que refleja su valor en cada período de tiempo.

Para evitar interferencias, dichas señales deben amplificarse utilizando medios y dispositivos especiales. Si el nivel de interferencia de la señal es alto, entonces es necesario amplificarla más. Este proceso va acompañado de grandes gastos de energía. Una señal de radio amplificada, por ejemplo, a menudo puede convertirse en una interferencia para otros canales de comunicación.

Interesante saberlo. Las señales analógicas se utilizaban anteriormente en todo tipo de comunicaciones. Sin embargo, ahora está siendo reemplazado en todas partes o ya lo ha sido (comunicaciones móviles e Internet) por señales digitales más avanzadas.

La televisión analógica y la digital todavía coexisten, pero el tipo digital de transmisión de radio y televisión está reemplazando rápidamente al método analógico de transmisión de datos debido a sus importantes ventajas.

Para describir este tipo de señal de información se utilizan tres parámetros principales:

• frecuencia;
• longitud de onda;
• amplitud.

Desventajas de una señal analógica

Una señal analógica tiene las siguientes propiedades, que muestran su diferencia con la versión digital:

1. Este tipo de señal se caracteriza por la redundancia. Es decir, la información analógica que contienen no se filtra: contienen muchos datos de información innecesarios. Sin embargo, es posible pasar información a través de un filtro, conociendo parámetros adicionales y la naturaleza de la señal, por ejemplo, utilizando el método de frecuencia;
2. Seguridad. Está casi completamente indefenso ante intrusiones no autorizadas del exterior;
3. Absoluta impotencia ante diversos tipos de intromisiones. Si se impone alguna interferencia en el canal de transmisión de datos, el receptor de señal la transmitirá sin cambios;
4. No existe una diferenciación específica de los niveles de muestreo: la calidad y cantidad de la información transmitida no está limitada de ninguna manera.

Las propiedades anteriores son desventajas del método analógico de transmisión de datos, por lo que podemos considerarlo completamente obsoleto.

Señales digitales y discretas.

Las señales digitales son señales de información artificiales, presentadas en forma de valores digitales regulares que describen parámetros específicos de la información transmitida.

Para información. Hoy en día se utiliza predominantemente un flujo de bits de fácil codificación: una señal digital binaria. Este es el tipo que se puede utilizar en electrónica binaria.

La diferencia entre el tipo digital de transmisión de datos y la versión analógica es que dicha señal tiene un número específico de valores. En el caso de un flujo de bits, hay dos: "0" y "1".

La transición de cero al máximo en una señal digital es abrupta, lo que permite que el equipo receptor la lea con mayor claridad. Si se producen ciertos ruidos e interferencias, será más fácil para el receptor decodificar una señal eléctrica digital que con la transmisión de información analógica.

Sin embargo, las señales digitales se diferencian de la versión analógica en un inconveniente: cuando alto nivel Es imposible restaurarlos de la interferencia, pero es posible extraer información de la señal continua. Un ejemplo de esto sería una conversación telefónica entre dos personas, durante la cual pueden desaparecer palabras enteras e incluso frases de uno de los interlocutores.

Este efecto en el entorno digital se denomina efecto de interrupción, que se puede localizar reduciendo la longitud de la línea de comunicación o instalando un repetidor que copia completamente el tipo de señal original y la transmite más.

La información analógica se puede transmitir a través de canales digitales después de pasar por el proceso de digitalización con dispositivos especiales. Este proceso se llama conversión de analógico a digital (ADC). Este proceso también se puede revertir: conversión de digital a analógico (DAC). Un ejemplo de dispositivo DAC sería un receptor de televisión digital.

Los sistemas digitales también se distinguen por la capacidad de cifrar y codificar datos, lo que se ha convertido en una razón importante para la digitalización de las comunicaciones móviles e Internet.

señal discreta

Hay un tercer tipo de información: la discreta. Una señal de este tipo es intermitente y cambia con el tiempo, adoptando cualquiera de los valores posibles (prescritos de antemano).

La transferencia discreta de información se caracteriza por el hecho de que los cambios ocurren según tres escenarios:

1. La señal eléctrica cambia sólo en el tiempo, permaneciendo continua (sin cambios) en magnitud;
2. Cambia sólo en magnitud, mientras permanece continuo en el tiempo;
3. También puede cambiar simultáneamente tanto en magnitud como en tiempo.

La discreción ha encontrado aplicación en la transmisión por lotes de grandes cantidades de datos en sistemas informáticos.

Muy a menudo escuchamos definiciones como señal "digital" o "discreta"; ¿cuál es su diferencia con la "analógica"?

La esencia de la diferencia es que la señal analógica es continua en el tiempo (línea azul), mientras que la señal digital consta de un conjunto limitado de coordenadas (puntos rojos). Si reducimos todo a coordenadas, entonces cualquier segmento de una señal analógica consta de un número infinito de coordenadas.

Para una señal digital, las coordenadas a lo largo del eje horizontal se ubican a intervalos regulares, de acuerdo con la frecuencia de muestreo. En el formato común de CD de audio, esto es 44100 puntos por segundo. La precisión vertical de la altura de las coordenadas corresponde a la profundidad de bits de la señal digital para 8 bits es de 256 niveles, para 16 bits = 65536 y para 24 bits = 16777216 niveles. Cuanto mayor sea la profundidad de bits (número de niveles), más cercanas estarán las coordenadas verticales a la onda original.

Las fuentes analógicas son: vinilos y casetes de audio. Las fuentes digitales son: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) y archivos en formatos WAVE y DSD (incluidos derivados de APE, Flac, Mp3, Ogg, etc.).

Ventajas y desventajas de la señal analógica.

La ventaja de una señal analógica es que es en forma analógica que percibimos el sonido con nuestros oídos. Y aunque nuestro sistema auditivo convierte el flujo de sonido percibido en forma digital y lo transmite de esta forma al cerebro, la ciencia y la tecnología aún no han llegado al punto de conectar reproductores y otras fuentes de sonido directamente de esta forma. Actualmente se están realizando activamente investigaciones similares para personas con discapacidad y disfrutamos exclusivamente del sonido analógico.

La desventaja de una señal analógica es la capacidad de almacenar, transmitir y replicar la señal. Al grabar en cinta magnética o vinilo, la calidad de la señal dependerá de las propiedades de la cinta o el vinilo. Con el tiempo, la cinta se desmagnetiza y la calidad de la señal grabada se deteriora. Cada lectura destruye gradualmente el medio y la reescritura introduce una distorsión adicional, donde los siguientes medios (cinta o vinilo), dispositivos de lectura, escritura y transmisión de señales agregan desviaciones adicionales.

Hacer una copia de una señal analógica es lo mismo que copiar una fotografía tomándole nuevamente una fotografía.

Ventajas y desventajas de la señal digital.

Las ventajas de una señal digital incluyen la precisión al copiar y transmitir un flujo de audio, donde el original no difiere de la copia.

La principal desventaja es que la señal digital es una etapa intermedia y la precisión de la señal analógica final dependerá de qué tan detallada y precisa se describa la onda de sonido mediante coordenadas. Es bastante lógico que cuantos más puntos haya y más precisas sean las coordenadas, más precisa será la onda. Pero todavía no hay consenso sobre cuántas coordenadas y precisión de datos es suficiente para decir que la representación digital de la señal es suficiente para reconstruir con precisión una señal analógica que nuestros oídos no pueden distinguir del original.

En términos de volumen de datos, la capacidad de un casete de audio analógico normal es de sólo 700-1,1 MB, mientras que un CD normal tiene 700 MB. Esto da una idea de la necesidad de medios de alta capacidad. Y esto da lugar a una guerra separada de compromisos con diferentes requisitos en cuanto al número de puntos de descripción y la precisión de las coordenadas.

Hoy en día se considera suficiente representar una onda sonora con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una profundidad de bits de 16 bits. A una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz, es posible reconstruir una señal de hasta 22 kHz. Como muestran los estudios psicoacústicos, no se nota un aumento adicional en la frecuencia de muestreo, pero un aumento en la profundidad de bits proporciona una mejora subjetiva.

Cómo los DAC crean una ola

Un DAC es un conversor de digital a analógico, un elemento que convierte el sonido digital en analógico. Examinaremos superficialmente los principios básicos. Si los comentarios muestran interés en considerar algunos puntos con más detalle, se publicará un material separado.

DAC multibit

Muy a menudo, una onda se representa como pasos, lo que se debe a la arquitectura de la primera generación de DAC R-2R multibit, que funcionan de manera similar a un interruptor de relé.

La entrada DAC recibe el valor de la siguiente coordenada vertical y en cada ciclo de reloj cambia el nivel actual (voltaje) al nivel apropiado hasta el siguiente cambio.

Aunque se cree que el oído humano no puede oír a más de 20 kHz y, según la teoría de Nyquist, es posible restaurar la señal a 22 kHz, la calidad de esta señal después de la restauración sigue siendo una pregunta. En la región de alta frecuencia, la forma de onda "escalonada" resultante suele estar lejos de la original. La forma más sencilla de salir de esta situación es aumentar la frecuencia de muestreo al grabar, pero esto provoca un aumento significativo e indeseable en el tamaño del archivo.

Una alternativa es aumentar artificialmente la frecuencia de muestreo de reproducción del DAC agregando valores intermedios. Aquellos. Imaginamos una trayectoria de onda continua (línea de puntos gris) que conecta suavemente las coordenadas originales (puntos rojos) y agregamos puntos intermedios en esta línea (púrpura oscuro).

Al aumentar la frecuencia de muestreo, generalmente es necesario aumentar la profundidad de bits para que las coordenadas estén más cerca de la onda aproximada.

Gracias a las coordenadas intermedias, es posible reducir los “pasos” y construir una ola más cercana a la original.

Cuando ve una función de refuerzo de 44,1 a 192 kHz en un reproductor o DAC externo, es una función de agregar coordenadas intermedias, no de restaurar ni crear sonido en la región por encima de 20 kHz.

Inicialmente, estos eran chips SRC separados antes del DAC, que luego migraron directamente a los propios chips DAC. Hoy en día se pueden encontrar soluciones en las que se agrega un chip de este tipo a los DAC modernos para proporcionar una alternativa a los algoritmos integrados en el DAC y, a veces, obtener un sonido aún mejor (como, por ejemplo, esto se hace en los Hidizs); AP100).

El principal rechazo de la industria a los DAC multibit se produjo debido a la imposibilidad de un mayor desarrollo tecnológico de los indicadores de calidad con las tecnologías de producción actuales y al mayor costo en comparación con los DAC "pulsos" con características comparables. Sin embargo, en los productos de alta gama, a menudo se da preferencia a los antiguos DAC multibit en lugar de nuevas soluciones con características técnicamente mejores.

Cambio de DAC

A finales de los años 70, se generalizó una versión alternativa de los DAC basada en una arquitectura de "pulso": "delta-sigma". La tecnología Pulse DAC permitió la aparición de conmutadores ultrarrápidos y permitió el uso de altas frecuencias portadoras.

La amplitud de la señal es el valor promedio de las amplitudes del pulso (los pulsos de igual amplitud se muestran en verde y la onda de sonido resultante se muestra en blanco).

Por ejemplo, una secuencia de ocho ciclos de cinco pulsos dará una amplitud promedio (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Cuanto mayor es la frecuencia portadora, más pulsos se suavizan y se obtiene un valor de amplitud más preciso. Esto hizo posible presentar el flujo de audio en forma de un bit con un amplio rango dinámico.

El promedio se puede hacer con un filtro analógico normal, y si dicho conjunto de pulsos se aplica directamente al altavoz, en la salida obtendremos sonido y las frecuencias ultra altas no se reproducirán debido a la alta inercia del emisor. Los amplificadores PWM funcionan según este principio en la clase D, donde la densidad de energía de los pulsos no se crea por su número, sino por la duración de cada pulso (que es más fácil de implementar, pero no se puede describir con un código binario simple).

Se puede considerar un DAC multibit como una impresora capaz de aplicar colores pantone. Delta-Sigma es una impresora de inyección de tinta con una gama limitada de colores, pero debido a la capacidad de aplicar puntos muy pequeños (en comparación con una impresora de asta), produce más tonos debido a la diferente densidad de puntos por unidad de superficie.

En una imagen normalmente no vemos puntos individuales debido a la baja resolución del ojo, sino sólo el tono medio. Asimismo, el oído no percibe los impulsos individualmente.

En última instancia, con las tecnologías actuales en DAC pulsados, es posible obtener una onda cercana a la que teóricamente debería obtenerse al aproximar coordenadas intermedias.

Cabe señalar que después de la aparición del DAC delta-sigma, la relevancia de dibujar una "onda digital" en pasos desapareció, porque Así es como los DAC modernos no construyen una ola por pasos. Es correcto construir una señal discreta con puntos conectados por una línea suave.

¿Es ideal cambiar los DAC?

Pero en la práctica no todo es color de rosa y existen una serie de problemas y limitaciones.

Porque Dado que la abrumadora cantidad de registros se almacena en una señal de varios bits, la conversión a una señal de pulso utilizando el principio "bit a bit" requiere una frecuencia portadora innecesariamente alta, que los DAC modernos no admiten.

La función principal de los DAC de pulsos modernos es convertir una señal de varios bits en una señal de un solo bit con una frecuencia portadora relativamente baja con diezmado de datos. Básicamente, son estos algoritmos los que determinan la calidad del sonido final de los DAC de pulso.

Para reducir el problema de la alta frecuencia portadora, el flujo de audio se divide en varios flujos de un bit, donde cada flujo es responsable de su grupo de bits, que es equivalente a un múltiplo de la frecuencia portadora del número de flujos. Estos DAC se denominan delta-sigma multibit.

Hoy en día, los DAC pulsados ​​han recibido un segundo impulso en los chips de uso general de alta velocidad en productos de NAD y Chord debido a la capacidad de programar algoritmos de conversión de manera flexible.

formato DSD

Después del uso generalizado de DAC delta-sigma, era bastante lógico que surgiera un formato para grabar código binario directamente en codificación delta-sigma. Este formato se llama DSD (Direct Stream Digital).

El formato no se utilizó mucho por varias razones. La edición de archivos en este formato resultó ser innecesariamente limitada: no se pueden mezclar transmisiones, ajustar el volumen ni aplicar ecualización. Esto significa que sin pérdida de calidad, solo puedes archivar grabaciones analógicas y producir grabaciones con dos micrófonos de actuaciones en vivo sin procesamiento adicional. En una palabra, realmente no se puede ganar dinero.

En la lucha contra la piratería, los discos en formato SA-CD no eran (ni todavía son) compatibles con los ordenadores, lo que imposibilita la realización de copias de ellos. Sin copias, sin una amplia audiencia. El contenido de audio DSD solo se puede reproducir desde un reproductor SA-CD independiente de un disco propietario. Si para el formato PCM existe un estándar SPDIF para la transferencia de datos digitales desde una fuente a un DAC separado, entonces para el formato DSD no existe un estándar y las primeras copias pirateadas de discos SA-CD se digitalizaron desde las salidas analógicas de SA- Reproductores de CD (aunque la situación parece estúpida, pero en realidad algunas grabaciones se publicaron solo en SA-CD, o la misma grabación en Audio-CD se hizo deliberadamente de mala calidad para promocionar SA-CD).

El punto de inflexión se produjo con el lanzamiento de las consolas de juegos SONY, donde el disco SA-CD se copiaba automáticamente al disco duro de la consola antes de reproducirlo. Los fanáticos del formato DSD aprovecharon esto. La aparición de grabaciones pirateadas estimuló al mercado a lanzar DAC separados para reproducir transmisiones DSD. La mayoría de los DAC externos compatibles con DSD actualmente admiten la transferencia de datos USB utilizando el formato DoP como codificación separada de la señal digital a través de SPDIF.

Las frecuencias portadoras para DSD son relativamente pequeñas, 2,8 y 5,6 MHz, pero este flujo de audio no requiere ninguna conversión de reducción de datos y es bastante competitivo con formatos de alta resolución como el DVD-Audio.

No hay una respuesta clara a la pregunta de cuál es mejor, DSP o PCM. Todo depende de la calidad de la implementación de un DAC en particular y del talento del ingeniero de sonido a la hora de grabar el archivo final.

Conclusión general

El sonido analógico es lo que escuchamos y percibimos como el mundo que nos rodea con nuestros ojos. El sonido digital es un conjunto de coordenadas que describen una onda sonora y que no podemos escuchar directamente sin una conversión a una señal analógica.

Una señal analógica grabada directamente en un casete de audio o vinilo no se puede volver a grabar sin pérdida de calidad, mientras que una onda en representación digital se puede copiar bit a bit.

Los formatos de grabación digital son un equilibrio constante entre la cantidad de precisión de las coordenadas y el tamaño del archivo, y cualquier señal digital es sólo una aproximación de la señal analógica original. Sin embargo, los diferentes niveles de tecnología para grabar y reproducir una señal digital y almacenar en medios una señal analógica brindan más ventajas a la representación digital de la señal, similar a una cámara digital versus una cámara de película.

Un simple consumidor no necesita saber cuál es la naturaleza de las señales. Pero a veces es necesario conocer la diferencia entre formatos analógicos y digitales para poder abordar con los ojos abiertos la elección de una opción u otra, porque hoy se escucha que la época de las tecnologías analógicas ha pasado, están siendo reemplazadas por las digitales. . Debe comprender la diferencia para saber qué está dejando atrás y qué esperar.

Señal analógica- Esta es una señal continua, que tiene un número infinito de datos cercanos en valor dentro del máximo, cuyos parámetros están descritos por una variable dependiente del tiempo.

señal digital- esta es una señal separada descrita por una función de tiempo separada; por lo tanto, en cada momento, la amplitud de la señal tiene un valor estrictamente definido;

La práctica ha demostrado que con las señales analógicas es posible que se produzcan interferencias, que pueden eliminarse con una señal digital. Además, lo digital puede restaurar los datos originales. Con una señal analógica continua pasa mucha información, a menudo innecesaria. En lugar de uno analógico se pueden transmitir varios digitales.

Hoy en día, los consumidores están interesados ​​​​en el tema de la televisión, ya que es en este contexto donde se suele pronunciar la frase "cambiar a una señal digital". En este caso, lo analógico puede considerarse una reliquia del pasado, pero esto es lo que acepta la tecnología existente, y para recibir lo digital se necesita una especial. Por supuesto, debido a la aparición y expansión del uso de los "digitales", están perdiendo su antigua popularidad.

Ventajas y desventajas de los tipos de señales.

La seguridad juega un papel importante en la evaluación de los parámetros de una señal en particular. Varios tipos de influencias, intrusiones extrañas hacen que la señal analógica esté indefensa. En el caso del digital, esto está excluido, ya que está codificado a partir de pulsos de radio. Para largas distancias, la transmisión de señales digitales es complicada y es necesario utilizar esquemas de modulación-demodulación.

Resumiendo, podemos decir que diferencias entre señales analógicas y digitales consistir:

• En continuidad de lo analógico y discreción de lo digital;
• Existe una mayor probabilidad de que se produzcan interferencias durante la transmisión analógica;
• En redundancia de señal analógica;
• En la capacidad de lo digital para filtrar el ruido y restaurar la información original;
• En la transmisión de una señal digital en forma codificada. Una señal analógica se reemplaza por varias digitales.

Hoy intentaremos descubrir qué son las señales analógicas y digitales. Sus ventajas y desventajas. No utilicemos varios términos y definiciones científicos, sino que intentemos comprender la situación de un vistazo.

¿Qué es una señal analógica?

Una señal analógica se basa en la analogía de una señal eléctrica (valores de corriente y voltaje) con el valor de la señal original (color de píxel, frecuencia y amplitud del sonido, etc.). Aquellos. Los valores específicos de corriente y voltaje corresponden a la transmisión de un color de píxel específico o una señal de audio.

Daré un ejemplo usando una señal de video analógica.

El voltaje en el cable es de 5 voltios para el azul, 6 voltios para el verde y 7 voltios para el rojo.

Para que aparezcan franjas rojas, azules y verdes en la pantalla, debe aplicar alternativamente 5, 6, 7 voltios al cable. Cuanto más rápido cambiamos los voltajes, más finas serán las rayas que aparecen en el monitor. Al reducir al mínimo el intervalo entre cambios de voltaje, ya no obtenemos rayas, sino puntos de colores que se alternan uno tras otro.

Una característica importante de la señal analógica es el hecho de que se transmite estrictamente del transmisor al receptor (por ejemplo, de la antena al televisor), no hay retroalimentación. Por lo tanto, si la interferencia interfiere con la transmisión de la señal (por ejemplo, en lugar de seis voltios hay cuatro), el color del píxel se distorsionará y aparecerán ondas en la pantalla.
La señal analógica es continua.
¿Qué es una señal digital?

La transmisión de datos también se realiza mediante una señal eléctrica, pero estas señales solo tienen dos significados y corresponden a 0 y 1. Es decir. A lo largo de los cables se transmite una secuencia de ceros y unos. Algo como esto: 01010001001, etc. Para que el dispositivo receptor (por ejemplo, un televisor) no se confunda con los datos transmitidos, los números se transmiten en lotes. Sucede algo como esto: 10100010 10101010 10100000 10111110. Cada uno de estos paquetes lleva cierta información, por ejemplo, el color de un píxel. Una característica importante de una señal digital es que los dispositivos transmisores y receptores pueden comunicarse entre sí y corregir entre sí los errores que puedan ocurrir durante la transmisión.

Ejemplos de transmisión de señales digitales y analógicas.

Para una señal digital, la transmisión es algo como esto:

• Interferencia: ¡AHHHHHHHHHHH!
• TV: ¿Cuál? ¡No puedo oír!
• Vídeo: ¡Verde!
• TV: ¡Sí, lo tengo! Dibujo verde.
• TV: Confirma que el color es rojo.
• VCR: Lo confirmo.
• televisión: ¡vale! Estoy dibujando.

Transmisión para señal analógica:

• VCR: Oye, TV, el color del píxel con coordenadas 120x300 es verde.
• Interferencia: ¡AHHHHHHHHHHH!
• TV: ¿Cuál? ¡No puedo oír! Maldita sea, dibujaré azul.
• VCR: ¡El siguiente color es el rojo!
• Interferencia: ¡BANG! ¡AUGE!
• TV: ¡Parece que es rojo! Estoy dibujando.
• Vídeo: ¡Pala!
• Interferencia: ¡PSSHSHSHSHSH!
• TELEVISOR: ?!. ¿Necesitas dibujar algo? ¡Que haya una pala!

Ventajas y desventajas de las señales digitales y analógicas.

De lo anterior, podemos concluir que, en igualdad de condiciones, la calidad de la transmisión de información utilizando señales digitales será mayor que con la representación analógica de la señal. Al mismo tiempo, con una buena inmunidad al ruido, las dos tecnologías pueden competir en igualdad de condiciones.

Señal de información - Proceso físico que tiene para una persona o dispositivo técnico. informativo significado. Puede ser continuo (analógico) o discreto.

El término “señal” se identifica muy a menudo con los conceptos de “datos” e “información”. De hecho, estos conceptos están interrelacionados y no existen el uno sin el otro, sino que pertenecen a categorías diferentes.

Señal es una función de información que transmite un mensaje sobre las propiedades físicas, el estado o el comportamiento de cualquier sistema físico, objeto o entorno, y el propósito del procesamiento de señales puede considerarse la extracción de cierta información que se muestra en estas señales (en breve: información útil o de destino) y transformar esta información en una forma conveniente para su percepción y uso posterior.

La información se transmite en forma de señales. Una señal es un proceso físico que transporta información. La señal puede ser sonora, luminosa, en forma de correo, etc.

Una señal es un portador material de información que se transmite desde una fuente a un consumidor. Puede ser discreto y continuo (analógico)

señal analógica- una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe mediante una función del tiempo y un conjunto continuo de valores posibles.

Las señales analógicas se describen mediante funciones continuas del tiempo, por lo que a veces una señal analógica se denomina señal continua. Las señales analógicas se contrastan con las discretas (cuantificadas, digitales).

Ejemplos de espacios continuos y cantidades físicas correspondientes: (línea recta: voltaje eléctrico; círculo: posición de un rotor, rueda, engranaje, manecilla de reloj analógico o fase de una señal portadora; segmento: posición de un pistón, palanca de control, termómetro de líquido , o señal eléctrica limitada en amplitud en varios espacios multidimensionales: color, señal modulada en cuadratura).

Las propiedades de las señales analógicas son en gran medida propiedades opuestas de cuantificado o digital señales.

La ausencia de niveles de señal discretos claramente distinguibles hace imposible aplicar el concepto de información en la forma en que se entiende en las tecnologías digitales para describirla. La “cantidad de información” contenida en una lectura estará limitada únicamente por el rango dinámico del instrumento de medición.

Sin redundancia. De la continuidad del espacio de valores se deduce que cualquier ruido introducido en la señal es indistinguible de la señal misma y, por tanto, no se puede restaurar la amplitud original. De hecho, el filtrado es posible, por ejemplo, mediante métodos de frecuencia, si se conoce alguna información adicional sobre las propiedades de esta señal (en particular, la banda de frecuencia).

Solicitud:

Las señales analógicas se utilizan a menudo para representar cantidades físicas que cambian continuamente. Por ejemplo, una señal eléctrica analógica tomada de un termopar transporta información sobre cambios de temperatura, una señal de un micrófono transporta información sobre cambios rápidos de presión en una onda de sonido, etc.

señal discreta se compone de un conjunto contable (es decir, un conjunto cuyos elementos se pueden contar) de elementos (dicen: elementos de información). Por ejemplo, la señal del "ladrillo" es discreta. Consta de los siguientes dos elementos (esta es la característica sintáctica de esta señal): un círculo rojo y un rectángulo blanco dentro del círculo, ubicado horizontalmente en el centro. Es en forma de señal discreta que se presenta la información que el lector está dominando actualmente. Puede distinguir los siguientes elementos: secciones (por ejemplo, “Información”), subsecciones (por ejemplo, “Propiedades”), párrafos, oraciones, frases individuales, palabras y caracteres individuales (letras, números, signos de puntuación, etc.). Este ejemplo muestra que, dependiendo de la pragmática de la señal, se pueden distinguir diferentes elementos de información. De hecho, para una persona que estudia informática a partir de un texto determinado, son importantes elementos de información más amplios, como secciones, subsecciones y párrafos individuales. Le permiten navegar más fácilmente por la estructura del material, asimilarlo mejor y prepararse para el examen. Para quien preparó este material metodológico, además de los elementos informativos indicados, también son importantes los más pequeños, por ejemplo, oraciones individuales, con la ayuda de las cuales se presenta tal o cual idea y que implementan tal o cual método de accesibilidad. la materia. El conjunto de los elementos más pequeños de una señal discreta se llama alfabeto y la señal discreta en sí también se llama mensaje.

El muestreo es la conversión de una señal continua en una discreta (digital).

La diferencia entre representación de información discreta y continua es claramente visible en el ejemplo de un reloj. En un reloj electrónico con esfera digital, la información se presenta de forma discreta, en números, cada uno de los cuales es claramente diferente entre sí. En un reloj mecánico con esfera con puntero, la información se presenta de forma continua: las posiciones de dos manecillas y dos posiciones diferentes de la manecilla no siempre se distinguen claramente (especialmente si no hay marcadores de minutos en la esfera).

Señal continua– reflejado por alguna cantidad física que cambia en un intervalo de tiempo determinado, por ejemplo, el timbre o la intensidad del sonido. Esta información se presenta en forma de señal continua para aquellos estudiantes, consumidores que asisten a clases de informática y perciben el material a través de ondas sonoras (es decir, la voz del profesor), que son de naturaleza continua.

Como veremos más adelante, una señal discreta es más susceptible de transformación y, por tanto, tiene ventajas sobre una continua. Al mismo tiempo, en los sistemas técnicos y en los procesos reales predomina una señal continua. Esto nos obliga a desarrollar formas de convertir una señal continua en una discreta.

Para convertir una señal continua en una discreta, se utiliza un procedimiento llamado cuantificación.

Una señal digital es una señal de datos en la que cada uno de los parámetros representativos se describe mediante una función de tiempo discreta y un conjunto finito de valores posibles.

Una señal digital discreta es más difícil de transmitir a largas distancias que una señal analógica, por lo que se premodula en el lado del transmisor y se demodula en el lado del receptor de información. El uso de algoritmos para verificar y restaurar información digital en sistemas digitales puede aumentar significativamente la confiabilidad de la transmisión de información.

Comentario. Hay que tener en cuenta que una señal digital real es analógica en su naturaleza física. Debido al ruido y a los cambios en los parámetros de la línea de transmisión, tiene fluctuaciones en amplitud, fase/frecuencia (jitter) y polarización. Pero esta señal analógica (pulsiva y discreta) está dotada de las propiedades de un número. Como resultado, es posible utilizar métodos numéricos (procesamiento informático) para procesarlo.