Привалов в.ф. обеспечение сохранности архивных документов на бумажной основе — файл n1.doc

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.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал (континуальный) – естественный инфосигнал, имеющий некоторое число параметров, которые описываются временной функцией и беспрерывным множеством всевозможных значений.

Человеческие органы чувств улавливают всю информацию из окружающей среды в аналоговом виде. Например, если человек видит рядом проезжающий грузовик, то его движение наблюдается и изменяется непрерывно. Если бы мозг получал информацию о передвижении автотранспорта раз в 15 секунд, то люди всегда бы попадали под его колеса. Человек оценивает расстояние моментально, и в каждый временной момент оно определено и различно.

То же самое происходит и с иной информацией – люди слышат звук и оценивают его громкость, дают оценку качеству видеосигнала и тому подобное. Соответственно, все виды данных имеют аналоговую природу и постоянно изменяются.

На заметку.
Аналоговый и цифровой сигнал учувствует в передаче речи собеседников, которые общаются по телефону, сеть интернет работает на основе обмена этих каналов сигналов по сетевому кабелю. Такого рода сигналы имеют электрическую природу.

Аналоговый сигнал описывается математической временной функцией, похожей на синусоиду. Если совершить замеры, к примеру, температуры воды, периодически нагревая и охлаждая ее, то на графике функции будет отображена беспрерывная линия, которая отражает ее значение в каждый временной промежуток.

Во избежание помех такие сигналы требуется усиливать посредством специальных средств и приборов. Если уровень помех сигнала высокий, то и усилить его нужно сильнее. Этот процесс сопровождается большими затратами энергии. Усиленный радиосигнал, например, нередко сам может стать помехой для иных каналов связи.

Интересно знать.
Аналоговые сигналы ранее применялись в любых видах связи. Однако сейчас он повсеместно вытесняется или уже вытеснен (мобильная связь и интернет) более совершенными цифровыми сигналами.

Аналоговое и цифровое телевидение пока сосуществуют вместе, но цифровой тип телерадиовещания с большой скоростью сменяет аналоговый способ передачи данных из-за своих существенных преимуществ.

Для описания этого типа инфосигнала применяются три основных параметра:

  • частота;
  • протяженность волны;
  • амплитуда.

Недостатки аналогового сигнала

Аналоговый сигнал имеют нижеследующие свойства, в которых прослеживается их разница от цифрового варианта:

  1. Этот вид сигналов характеризуется избыточностью. То есть аналоговая информация в них не отфильтрована – несут много лишних информационных данных. Однако пропустить информацию через фильтр возможно, зная дополнительные параметры и природу сигнала, например, частотным методом;
  2. Безопасность. Он практически полностью беспомощен перед неавторизированными вторжениями извне;
  3. Абсолютная беспомощность перед разнородными помехами. Если на канал передачи данных наложена любая помеха, то она будет в неизменном виде передана сигнальным приемником;
  4. Отсутствие конкретной дифференциации уровней дискретизации – качество и количество передаваемой информации ничем не ограничивается.

Вышеприведенные свойства являются недостатками аналогового способа передачи данных, на основании которых можно считать его полностью себя изжившим.

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.

Различия в использовании оборудования

Многие устройства поставляются со встроенными средствами перевода из аналогового в цифровой. Микрофоны и динамик — прекрасные примеры аналоговых устройств. Аналоговая технология дешевле, но есть ограничение на размер данных, которые могут быть переданы в данный момент.

Цифровая технология произвела революцию в способах работы большей части оборудования. Данные преобразуются в двоичный код, а затем снова собираются в исходную форму в точке приема. Поскольку ими можно легко манипулировать, он предлагает более широкий спектр возможностей. Цифровое оборудование дороже аналогового.

Что такое систематизация информации?

Систематизация информации – это обработка информации, которая приводит к определенному виду: план, список, таблица, диаграмма или схема. Систематизировать можно товары в магазине игрушек, список учеников в классе, адреса друзей в адресной книге и др.

Microsoft Excel–одна из программ для систематизации информации. Она позволяет структурировать информацию, осуществлять сортировку и фильтрацию, проводить вычисления по формулам, строить графики.

Сортировка может осуществляться по алфавиту, в хронологической последовательности, по номерам (в порядке возрастания или убывания), по дате и времени.

Примеры из повседневной жизни

В ходе рассмотрения вопроса представлены примеры информационных процессов в различных информационных системах. Для полного понимания того, что такие процессы окружают нас постоянно в повседневной жизни, приведем еще несколько примеров:

  • определение времени суток по естественному освещению

  • поиск номера телефона в адресной книге

  • общение в месенджере или социальной сети

  • сохранение фотографии в памяти телефона

  • просмотр видео и т. п.

Технические возможности позволяют сегодня использовать цифровые технологии, которые существенно облегчают и укоряют выполнение информационных процессов как в быту, так и профессиональной деятельности.

Виды информации

Информацию можно разделить на виды по нескольким признакам:

По способу восприятия

Для человека информация делится на виды в зависимости от типа рецепторов, воспринимающих ее:

  • Визуальная — воспринимается органами зрения.
  • Аудиальная — воспринимается органами слуха.
  • Тактильная — воспринимается тактильными рецепторами.
  • Обонятельная — воспринимается обонятельными рецепторами.
  • Вкусовая — воспринимается вкусовыми рецепторами.

По форме представления

По форме представления информация делится на следующие виды:

  • Текстовая — что передается в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.
  • Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.
  • Графическая — в виде изображений, событий, предметов, графиков.
  • Звуковая — устная или в виде записи передача лексем языка аудиальным путем.

По назначению

  • Массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума.
  • Специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация.
  • Личная — набор сведений о какой-либо личности, которые определяют социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

Применение цифрового сигнала

Чем же отличается цифровой электрический сигнал от других? Тем, что он способен совершать в ретрансляторе полную регенерацию. Когда в оборудование связи поступает сигнал, имеющий малейшие помехи, он сразу же меняет свою форму на цифровую. Это позволяет, например, телевышке снова сформировать сигнал, но уже без шумового эффекта.

В том случае, если код поступает уже с большими искажениями, то, к сожалению, восстановлению он не подлежит. Если брать в сравнении аналоговую связь, то в аналогичной ситуации ретранслятор может извлечь часть данных, затрачивая много энергии.

Обсуждая сотовую связь разных форматов, при сильном искажении на цифровой линии разговаривать практически невозможно, так как не слышны слова или целые фразы. Аналоговая связь в таком случае более действенна, ведь можно продолжать вести диалог.

Именно из-за подобных неполадок цифровой сигнал ретрансляторы формируют очень часто для того, чтобы сократить разрыв линии связи.

Классификация сигналов

По физической природе носителя информации:

  • электрические;
  • электромагнитные;
  • оптические;
  • акустические

и другие;

По способу задания сигнала:

  • регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;
  • нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

  • непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;
  • дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;
  • квантованные по уровню;
  • дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

Аналоговый сигнал (АС)

Аналоговый сигнал Основная статья: Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал: s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретный сигнал Основная статья: Частота дискретизации

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени ti (где i — индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами (Δti = ti − ti−1) постоянны; в таком случае, Δt называется интервалом дискретизации. Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть xi = x(ti), называются отсчётами.

Квантованный сигнал

Квантованный сигнал Основные статьи: Квантование (обработка сигналов), Разрядность

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N−1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log2(N).

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал Основная статья: Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Последовательность таких чисел и будет являться цифровым сигналом.

Виды сигналов

Сигнал это изменение физической величины во времени и пространстве. По сути это коды для обмена данными в информационной и управленческой средах. Графически любой сигнал можно представить в виде функции. По линии на графике можно определить тип и характеристики сигнала. Аналоговый будет выглядеть как непрерывная кривая, цифровой как ломаная прямоугольная линия, скачущая от ноля до единицы. Все, что мы видим глазами и слышим ушами поступает в виде аналогового сигнала.

Аналоговый сигнал

Зрение, слух, вкус, запах и тактильные ощущения поступают нам в виде аналогового сигнала. Мозг командует органами и получает от них информацию в аналоговом виде. В природе вся информация передаётся только так.

В электронике аналоговый сигнал основан на передаче электричества. Определённым величинам напряжения соответствуют частота и амплитуда звука, цвет и яркость света изображения и так далее. То есть цвет, звук или информация являются аналогом электрического напряжения.

При этом неважно идёт сигнал по проводам или радио. Передатчик непрерывно отправляет, а приёмник обрабатывает аналоговый вид информации

Принимая непрерывный электрический сигнал по проводам или радиосигнал через эфир приёмник преобразует напряжение в соответствующий звук или цвет. Изображение появляется на экране или звук транслируется через динамик.

Дискретный сигнал

Вся суть кроется в названии. Дискретный от латинского discretus, что означает прерывистый (разделённый). Можно сказать, что дискретный повторяет амплитуду аналогового, но плавная кривая превращается в ступенчатую. Изменяясь либо во времени, оставаясь непрерывной по величине, или по уровню, не прерываясь по времени.

Так, в определенный период времени (например миллисекунду или секунду) дискретный сигнал будет какой-то установленной величины. По окончании этого времени он резко изменится в большую или меньшую сторону и останется таким ещё миллисекунду или секунду. И так беспрерывно. Поэтому дискретный это преобразованный аналоговый. То есть полпути до цифрового.

Цифровой сигнал

После дискретного следующим шагом преобразования аналогового стал цифровой сигнал. Главная особенность – либо он есть, или его нет. Вся информация преобразуется в сигналы ограниченные по времени и по величине. Сигналы цифровой технологии передачи данных кодируются нолем и единицей в разных вариантах. А основой является бит, принимающий одно из этих значений. Бит от английского binarydigit или двоичный разряд.

Но один бит имеет ограниченную возможность для передачи информации, поэтому их объединили в блоки. Чем больше битов в одном блоке, тем больше информации он несёт. В цифровых технологиях используют биты объединенные в блоки кратные 8. Восьмибитовый блок назвали байтом. Один байт небольшая величина, но уже может хранить зашифрованную информацию о всех буквах алфавита. Однако при добавлении всего одного бита число комбинаций ноля и единицы удваивается. И если 8 битов делает возможным 256 вариантов кодировки, то 16 уже 65536. А килобайт или 1024 байт и вовсе немаленькая величина.

В большом количестве объединённых байтов хранится много информации, чем больше комбинаций 1 и 0 тем больше закодировано. Поэтому в 5 – 10 МБ (5000 – 10000 кБ) имеем данные музыкального трека хорошего качества. Идём дальше, и в 1000 МБ закодирован уже фильм.

Но так как вся окружающая людей информация аналоговая, то для её приведения в цифровой вид нужны усилия и какое-либо устройство. Для этих целей был создан DSP (digital signal processor) или ЦПОС (цифровой процессор обработки сигналов). Такой процессор есть в каждом цифровом устройстве. Первые появились еще в 70-е годы прошлого века. Методы и алгоритмы меняются и совершенствуются, но принцип остаётся постоянным – преобразование аналоговых данных в цифровые.

Обработка и передача цифрового сигнала зависит от характеристик процессора — разрядности и скорости. Чем они выше, тем качественней получится сигнал. Скорость указывается в миллионах инструкций в секунду (MIPS), и у хороших процессоров достигает нескольких десятков MIPS. Скорость определяет сколько единиц и нолей сможет устройство «запихнуть» в одну секунду и качественно передать непрерывную кривую аналогового сигнала. От этого зависит реалистичность картинки в телевизоре и звука из динамиков.

Выводы сайт

  1. Аналоговый сигнал непрерывен, цифровой — дискретен.
  2. При передаче аналогового сигнала выше риск забивания канала помехами.
  3. Аналоговый сигнал избыточен.
  4. Цифровой сигнал фильтрует помехи и восстанавливает исходные данные.
  5. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде.
  6. Несколько цифровых сигналов можно послать вместо одного аналогового.

Очень часто мы слышим такие определения, как «цифровой» или «дискретный» сигнал, в чем его отличие от «аналогового»?

Суть различия в том, что аналоговый сигнал непрерывный во времени (голубая линия), в то время как цифровой сигнал состоит из ограниченного набора координат (красные точки). Если все сводить к координатам, то любой отрезок аналогового сигнала состоит из бесконечного количества координат.

Цифровая модуляция — это новая форма радиосигнала. Аналоговое вещание представляет собой непрерывный поток электрических сигналов, которые со временем меняются по интенсивности. Из-за электрического заряда сигнала аналоговые передачи легко мешают штормы и другие естественные нарушения в атмосфере. Тем не менее, аналоговый сигнал обычно обеспечивает какой-то сигнал, передающий по меньшей мере часть отправляемой информации, даже с помехами.

Цифровое оборудование не посылает непрерывный сигнал. Цифровой сигнал, состоящий из математического кода, отправляется в сегменты блока. Когда цифровой сигнал встречает помехи, весь сигнал теряется из-за разделенных блоков цифрового сигнала. Однако, когда сигнал присутствует, его легче настраивать, чем аналоговый сигнал из-за математической точности трансляции.

У цифрового сигнала координаты по горизонтальной оси расположены через равные промежутки времени, в соответствии с частотой дискретизации. В распространенном формате Audio-CD это 44100 точек в секунду. По вертикали точность высоты координаты соответствует разрядности цифрового сигнала, для 8 бит это 256 уровней, для 16 бит = 65536 и для 24 бит = 16777216 уровней. Чем выше разрядность (количество уровней), тем ближе координаты по вертикали к исходной волне.

Радиостанции работают над преобразованием в цифровой сигнал. Когда сигнал сильный, звук становится четким и четким. Однако, если сигнал слабый, он, вероятно, полностью потеряется. Цифровые карманные радиосистемы борются за ретрансляцию качественного звука, потому что цифровая система не может отличить фоновый шум от звука голоса, что является проблемой для персонала неотложной помощи. В контролируемой среде, такой как радиостанция, звуковые звуковые звуковые сигналы обеспечивают превосходное качество звука.

Однако технология может быть не готова для всех приложений. Хотя большинство людей считают аналоговые радиосигналы «старыми», они по-прежнему обладают большими преимуществами по сравнению с цифровыми. Аналоговые радиостанции могут расширить диапазон сигналов, просто включив питание, если это необходимо. Аналоговый радиосигнал также может выдавать истинный голос, поэтому громкоговоритель с громким фоновым шумом может быть услышан и понят.

Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Цифровыми источниками являются: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) и файлы в WAVE и DSD форматах (включая производные APE, Flac, Mp3, Ogg и т.п.).