Thực đơn
trang chủTiểu sử

Tín hiệu thông tin. Tín hiệu tương tự. Tín hiệu rời rạc. Tín hiệu analog và kỹ thuật số

Tín hiệu tương tự là một hàm của đối số liên tục (thời gian). Ví dụ, nếu đồ thị bị gián đoạn định kỳ, như xảy ra trong một chuỗi xung, thì chúng ta đang nói về một sự rời rạc nhất định của cụm.

Lịch sử của thuật ngữ

Kỹ thuật máy tính

Nếu bạn nhìn kỹ, nó không được viết ở bất cứ nơi nào định nghĩa xuất hiện trên thế giới - tương tự. Ở phương Tây, thuật ngữ này đã được các chuyên gia máy tính sử dụng từ những năm 40. Trong Thế chiến thứ hai, hệ thống máy tính đầu tiên, được gọi là kỹ thuật số, đã xuất hiện. Và để phân biệt, chúng tôi phải nghĩ ra những từ ngữ mới.

Khái niệm analog chỉ mới bước vào thế giới thiết bị gia dụng vào đầu những năm 80, khi bộ xử lý Intel đầu tiên ra đời và thế giới đang chơi đồ chơi trên ZX-Spectrum, ngày nay bạn có thể có được trình giả lập cho các thiết bị trên Internet. Trò chơi đòi hỏi sự kiên trì phi thường, sự khéo léo và phản ứng tuyệt vời. Cùng với trẻ em, người lớn cũng thu thập các hộp và đánh bại kẻ thù ngoài hành tinh. Những trò chơi hiện đại kém xa so với những trò chơi đầu tiên đã chiếm được tâm trí của người chơi một thời.

Ghi âm và điện thoại

Đến đầu những năm 80, nhạc pop được xử lý điện tử bắt đầu xuất hiện. Máy điện báo âm nhạc được ra mắt công chúng vào năm 1876 nhưng không được công nhận. Âm nhạc đại chúng hấp dẫn khán giả theo nghĩa rộng nhất của từ này. Máy điện báo có thể tạo ra một nốt nhạc duy nhất và truyền nó đi một khoảng cách, nơi nó được tái tạo bằng một chiếc loa được thiết kế đặc biệt. Và mặc dù Beatles đã sử dụng đàn organ điện tử để tạo ra Sergeant Pepper, nhưng bộ tổng hợp đã được đưa vào sử dụng vào cuối những năm 70. Nhạc cụ này thực sự trở nên phổ biến và được kỹ thuật số hóa vào giữa những năm 80: hãy nhớ đến Modern Talking. Trước đây, bộ tổng hợp tương tự đã được sử dụng, bắt đầu với Novachord vào năm 1939.

Vì vậy, người dân bình thường không có nhu cầu phân biệt giữa công nghệ analog và kỹ thuật số cho đến khi công nghệ này trở nên vững chắc trong cuộc sống hàng ngày. Từ tương tự đã có trong phạm vi công cộng từ đầu những năm 80. Về nguồn gốc của thuật ngữ này, theo truyền thống, người ta tin rằng chỉ báo này được mượn từ điện thoại và sau đó được chuyển sang ghi âm. Các rung động tương tự được truyền trực tiếp đến loa và giọng nói sẽ được nghe ngay lập tức. Tín hiệu tương tự như lời nói của con người và trở thành một chất tương tự điện.

Nếu bạn áp tín hiệu kỹ thuật số vào loa, bạn sẽ nghe thấy một tạp âm không thể diễn tả được của các nốt có âm sắc khác nhau. “Bài phát biểu” này quen thuộc với bất kỳ ai đã tải các chương trình, trò chơi từ băng từ vào bộ nhớ máy tính. Nó không giống con người vì nó là kỹ thuật số. Đối với tín hiệu rời rạc, trong các hệ thống đơn giản nhất, nó được đưa trực tiếp đến loa, đóng vai trò như một bộ tích hợp. Sự thành công hay thất bại của doanh nghiệp phụ thuộc hoàn toàn vào những thông số được lựa chọn chính xác.

Đồng thời, thuật ngữ này xuất hiện trong bản ghi âm, trong đó âm nhạc và giọng nói được truyền trực tiếp từ micrô sang băng. Ghi âm từ tính đã trở thành một thứ tương tự như các nghệ sĩ thực thụ. Bản ghi vinyl cũng giống như nhạc sĩ và vẫn được coi là phương tiện tốt nhất cho mọi sáng tác. Mặc dù chúng cho thấy tuổi thọ sử dụng hạn chế. Đĩa CD hiện nay thường chứa âm thanh kỹ thuật số được giải mã bằng bộ giải mã. Theo Wikipedia, kỷ nguyên mới bắt đầu vào năm 1975 (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Đo điện

Trong tín hiệu tương tự, có sự tỷ lệ giữa điện áp hoặc dòng điện và phản hồi trên thiết bị phát lại. Thuật ngữ này sau đó sẽ được coi là có nguồn gốc từ các từ tương tự trong tiếng Hy Lạp. tỉ lệ nghĩa là gì? Tuy nhiên, sự so sánh tương tự như trên: tín hiệu tương tự như giọng nói được tái tạo bởi loa.

Ngoài ra, trong công nghệ còn có một thuật ngữ khác được dùng để chỉ tín hiệu analog – liên tục. Tương ứng với định nghĩa được đưa ra ở trên.

thông tin chung

Năng lượng tín hiệu

Theo định nghĩa, tín hiệu analog có năng lượng vô hạn và không bị giới hạn về thời gian. Do đó, các thông số của nó được tính trung bình. Ví dụ: 220 V có trong ổ cắm được gọi là giá trị hiệu dụng vì lý do đã chỉ định. Do đó, các giá trị hiệu quả (trung bình trong một khoảng thời gian nhất định) được sử dụng. Rõ ràng là ổ cắm chứa tín hiệu tương tự có tần số 50 Hz.

Khi nói đến tính rời rạc, các giá trị hữu hạn được sử dụng. Ví dụ: khi mua súng gây choáng, bạn cần đảm bảo rằng năng lượng va chạm không vượt quá một giá trị cụ thể được đo bằng joules. Nếu không, sẽ có vấn đề trong quá trình sử dụng hoặc kiểm tra. Vì, bắt đầu từ một giá trị năng lượng cụ thể, súng gây choáng chỉ được sử dụng bởi các lực lượng đặc biệt, với giới hạn trên đã được thiết lập. Bất cứ điều gì khác về nguyên tắc đều là bất hợp pháp và có thể dẫn đến tử vong khi sử dụng.

Năng lượng xung được tìm thấy bằng cách nhân dòng điện và điện áp với thời lượng. Và điều này cho thấy tính hữu hạn của tham số đối với các tín hiệu rời rạc. Trình tự kỹ thuật số cũng được tìm thấy trong công nghệ. Tín hiệu số khác với tín hiệu rời rạc ở các tham số được chỉ định cứng nhắc:

  1. Khoảng thời gian.
  2. Biên độ.
  3. Sự hiện diện của hai trạng thái được chỉ định: 0 và 1.
  4. Các bit máy 0 và 1 được thêm vào các từ đã được thỏa thuận trước và dễ hiểu đối với người tham gia (ngôn ngữ hợp ngữ).

Chuyển đổi tín hiệu lẫn nhau

Một định nghĩa bổ sung của tín hiệu tương tự là tính ngẫu nhiên rõ ràng của nó, sự vắng mặt của các quy tắc hữu hình hoặc sự giống nhau của nó với các quá trình tự nhiên nhất định. Ví dụ, sóng hình sin có thể mô tả chuyển động quay của Trái đất quanh Mặt trời. Đây là một tín hiệu tương tự. Trong lý thuyết mạch và tín hiệu, một hình sin được biểu diễn bằng một vectơ biên độ quay. Và pha của dòng điện và điện áp là khác nhau - đây là hai vectơ khác nhau, dẫn đến các quá trình phản ứng. Những gì được quan sát thấy trong cuộn cảm và tụ điện.

Từ định nghĩa, tín hiệu tương tự có thể dễ dàng được chuyển đổi thành tín hiệu rời rạc. Bất kỳ nguồn điện chuyển mạch nào cũng cắt điện áp đầu vào từ ổ cắm thành từng bó. Do đó, nó tham gia vào việc chuyển đổi tín hiệu tương tự có tần số 50 Hz thành các đợt siêu âm rời rạc. Bằng cách thay đổi các thông số cắt, bộ nguồn sẽ điều chỉnh các giá trị đầu ra theo yêu cầu của tải điện.

Bên trong máy thu sóng vô tuyến có máy dò biên độ, quá trình ngược lại xảy ra. Sau khi tín hiệu được chỉnh lưu, các xung có biên độ khác nhau được hình thành trên điốt. Thông tin được chứa trong đường bao của tín hiệu đó, đường nối các đỉnh của bưu kiện. Bộ lọc chuyển đổi các xung rời rạc thành giá trị tương tự. Nguyên tắc này dựa trên sự tích hợp năng lượng: trong thời gian có điện áp, điện tích của tụ điện tăng lên, sau đó, trong khoảng thời gian giữa các đỉnh, dòng điện được hình thành do nguồn cung cấp electron tích lũy trước đó. Sóng kết quả được đưa đến bộ khuếch đại âm trầm và sau đó đến loa, nơi người khác nghe thấy kết quả.

Tín hiệu số được mã hóa khác nhau. Ở đó, biên độ xung được chứa trong từ máy. Nó bao gồm các số 1 và số 0, cần phải giải mã. Hoạt động được thực hiện bởi các thiết bị điện tử: bộ điều hợp đồ họa, sản phẩm phần mềm. Mọi người đã tải xuống codec K-Lite từ Internet, trường hợp này là như vậy. Trình điều khiển có nhiệm vụ giải mã tín hiệu số và chuyển đổi thành đầu ra loa và màn hình.

Không cần phải vội nhầm lẫn khi bộ chuyển đổi được gọi là bộ tăng tốc 3-D và ngược lại. Cái đầu tiên chỉ chuyển đổi tín hiệu được cung cấp. Ví dụ: luôn có một bộ chuyển đổi phía sau đầu vào kỹ thuật số DVI. Nó chỉ xử lý việc chuyển đổi số từ số 1 và số 0 để hiển thị trên ma trận màn hình. Truy xuất thông tin về độ sáng và giá trị pixel RGB. Đối với máy gia tốc 3D, thiết bị có thể (nhưng không bắt buộc) chứa bộ chuyển đổi, nhưng nhiệm vụ chính là các phép tính phức tạp để xây dựng hình ảnh ba chiều. Kỹ thuật này cho phép bạn giải phóng bộ xử lý trung tâm và tăng tốc hoạt động của máy tính cá nhân.

Tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được chuyển đổi thành ADC. Điều này xảy ra trong phần mềm hoặc bên trong chip. Một số hệ thống kết hợp cả hai phương pháp. Quy trình bắt đầu bằng việc lấy các mẫu phù hợp trong một khu vực nhất định. Mỗi từ khi được chuyển đổi sẽ trở thành một từ máy chứa chữ số được tính toán. Sau đó, các bài đọc được đóng gói thành bưu kiện để có thể gửi chúng đến những người đăng ký khác của hệ thống phức tạp.

Các quy tắc lấy mẫu được chuẩn hóa theo định lý Kotelnikov, cho thấy tần suất lấy mẫu tối đa. Thông thường, việc đếm ngược bị cấm vì thông tin sẽ bị mất. Nói một cách đơn giản, tần số lấy mẫu vượt quá sáu lần so với giới hạn trên của phổ tín hiệu được coi là đủ. Nguồn cung lớn hơn được coi là một lợi thế bổ sung, đảm bảo chất lượng tốt. Bất cứ ai cũng đã thấy dấu hiệu về tốc độ lấy mẫu của bản ghi âm. Thông thường cài đặt là trên 44 kHz. Nguyên nhân là do đặc thù của thính giác con người: giới hạn trên của phổ là 10 kHz. Do đó, tần số lấy mẫu 44 kHz là đủ để truyền âm thanh tầm thường.

Sự khác biệt giữa tín hiệu rời rạc và tín hiệu số

Cuối cùng, một người thường cảm nhận được thông tin tương tự từ thế giới bên ngoài. Nếu mắt nhìn thấy ánh sáng nhấp nháy, tầm nhìn ngoại vi sẽ thu được cảnh quan xung quanh. Do đó, hiệu quả cuối cùng dường như không rời rạc. Tất nhiên, có thể cố gắng tạo ra một nhận thức khác, nhưng điều này rất khó và sẽ hoàn toàn giả tạo. Đây là cơ sở cho việc sử dụng mã Morse, bao gồm các dấu chấm và dấu gạch ngang có thể dễ dàng phân biệt được với tiếng ồn xung quanh. Các nét riêng biệt của phím điện báo rất khó nhầm lẫn với các tín hiệu tự nhiên, ngay cả khi có tiếng ồn mạnh.

Tương tự, các đường truyền kỹ thuật số đã được đưa vào công nghệ để loại bỏ nhiễu. Bất kỳ người yêu thích video nào cũng đang cố gắng có được bản sao được mã hóa của phim ở độ phân giải tối đa. Thông tin kỹ thuật số có thể được truyền qua khoảng cách xa mà không bị biến dạng dù là nhỏ nhất. Các quy tắc được cả hai bên biết đến để hình thành các từ đã thỏa thuận trước sẽ trở thành trợ lý. Đôi khi thông tin dư thừa được nhúng vào tín hiệu số, cho phép sửa hoặc phát hiện lỗi. Điều này giúp loại bỏ những nhận thức sai lầm.

Tín hiệu xung

Nói chính xác hơn, các tín hiệu rời rạc được đưa ra bằng cách đọc tại một số thời điểm nhất định. Rõ ràng là chuỗi như vậy không được hình thành trong thực tế do sự tăng giảm có độ dài hữu hạn. Xung lực không được truyền đi ngay lập tức. Do đó, phổ của chuỗi không được coi là rời rạc. Điều này có nghĩa là tín hiệu không thể được gọi như vậy. Trong thực tế, có hai lớp:

  1. Tín hiệu xung tương tự - phổ của nó được xác định bởi biến đổi Fourier, do đó, liên tục, ít nhất là ở một số khu vực nhất định. Kết quả của hoạt động của điện áp hoặc dòng điện trên mạch được tìm thấy bằng phép toán tích chập.
  2. Các tín hiệu xung rời rạc cũng có phổ rời rạc; các thao tác với chúng được thực hiện thông qua các phép biến đổi Fourier rời rạc. Do đó, tích chập rời rạc cũng được sử dụng.

Những giải thích rõ ràng này rất quan trọng đối với những người trí thức đã đọc rằng tín hiệu xung có thể ở dạng tương tự. Rời rạc được đặt tên theo các tính năng của quang phổ. Thuật ngữ tương tự được sử dụng để phân biệt. Tính chất liên tục có thể áp dụng được, như đã đề cập ở trên, và liên quan đến các đặc tính của quang phổ.

Làm rõ: chỉ phổ của một chuỗi xung vô hạn được coi là rời rạc nghiêm ngặt. Đối với một đàn, các thành phần hài hòa luôn mơ hồ. Phổ như vậy giống như một chuỗi các xung được điều chế biên độ.

Khi bạn làm việc với truyền hình và phát thanh, cũng như các loại hình truyền thông hiện đại, bạn thường gặp những thuật ngữ như "tín hiệu tương tự" Và "tín hiệu kĩ thuật số". Đối với các chuyên gia, những từ này không có gì bí ẩn, nhưng đối với những người thiếu hiểu biết, sự khác biệt giữa “kỹ thuật số” và “tương tự” có thể hoàn toàn không được biết đến. Trong khi đó, có một sự khác biệt rất đáng kể.

Khi nói về tín hiệu, chúng ta thường muốn nói đến các dao động điện từ tạo ra EMF và gây ra sự dao động dòng điện trong ăng-ten thu. Dựa trên những rung động này, thiết bị thu - TV, radio, bộ đàm hoặc điện thoại di động - hình thành "ý tưởng" về hình ảnh nào sẽ hiển thị trên màn hình (nếu có tín hiệu video) và âm thanh nào đi kèm với tín hiệu video này. .

Trong mọi trường hợp, tín hiệu từ đài phát thanh hoặc tháp điện thoại di động có thể xuất hiện ở cả dạng kỹ thuật số và analog. Ví dụ, xét cho cùng thì bản thân âm thanh cũng là một tín hiệu tương tự. Tại một đài phát thanh, âm thanh mà micrô nhận được sẽ được chuyển thành sóng điện từ đã đề cập. Tần số âm thanh càng cao thì tần số dao động đầu ra càng cao và loa nói càng to thì biên độ càng lớn.

Các dao động điện từ hoặc sóng sinh ra được lan truyền trong không gian bằng cách sử dụng ăng-ten phát. Để sóng không bị tắc nghẽn do nhiễu tần số thấp và để các đài phát thanh khác nhau có cơ hội hoạt động song song mà không gây nhiễu lẫn nhau, các rung động do ảnh hưởng của âm thanh được tổng hợp lại, tức là “chồng lên” về các dao động khác có tần số không đổi. Tần số cuối cùng thường được gọi là “sóng mang”, và để cảm nhận được nó, chúng ta điều chỉnh máy thu radio của mình để “bắt” tín hiệu tương tự của đài phát thanh.

Quá trình ngược lại xảy ra trong máy thu: tần số sóng mang được tách ra và các dao động điện từ mà ăng-ten nhận được được chuyển thành dao động âm thanh và giọng nói quen thuộc của người thông báo sẽ được nghe từ loa.

Bất cứ điều gì cũng có thể xảy ra trong quá trình truyền tín hiệu âm thanh từ đài phát thanh đến máy thu. Sự can thiệp của bên thứ ba có thể xảy ra, tần số và biên độ có thể thay đổi, điều này tất nhiên sẽ ảnh hưởng đến âm thanh do máy thu radio tạo ra. Cuối cùng, cả máy phát và máy thu đều gây ra một số lỗi trong quá trình chuyển đổi tín hiệu. Do đó, âm thanh được tái tạo bởi đài analog luôn có một số biến dạng. Giọng nói có thể được tái tạo đầy đủ, mặc dù có những thay đổi, nhưng sẽ có tiếng rít hoặc thậm chí một số tiếng thở khò khè trong nền do nhiễu. Khả năng thu sóng càng kém tin cậy thì những hiệu ứng tiếng ồn bên ngoài này sẽ càng to và rõ ràng hơn.

Ngoài ra, tín hiệu analog trên mặt đất có mức độ bảo vệ rất yếu khỏi sự truy cập trái phép. Tất nhiên, đối với các đài phát thanh công cộng, điều này không có gì khác biệt. Nhưng khi sử dụng những chiếc điện thoại di động đầu tiên, có một khoảnh khắc khó chịu liên quan đến thực tế là hầu hết mọi máy thu radio của bên thứ ba đều có thể dễ dàng điều chỉnh theo bước sóng mong muốn để nghe lén cuộc trò chuyện qua điện thoại của bạn.

Phát sóng analog có những nhược điểm như vậy. Ví dụ, nhờ chúng, truyền hình hứa hẹn sẽ trở thành kỹ thuật số hoàn toàn trong một thời gian tương đối ngắn.

Truyền thông và phát sóng kỹ thuật số được coi là được bảo vệ nhiều hơn khỏi sự can thiệp và ảnh hưởng bên ngoài. Vấn đề là khi sử dụng “kỹ thuật số”, tín hiệu analog từ micrô ở trạm phát sẽ được mã hóa thành mã kỹ thuật số. Tất nhiên là không, một dòng hình và con số không lan ra không gian xung quanh. Nói một cách đơn giản, một mã xung vô tuyến được gán cho âm thanh có tần số và âm lượng nhất định. Thời lượng và tần số của các xung được đặt trước - nó giống nhau cho cả máy phát và máy thu. Sự hiện diện của xung tương ứng với một, sự vắng mặt - bằng không. Vì vậy, giao tiếp như vậy được gọi là "kỹ thuật số".

Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tương tự thành mã số được gọi là bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Và thiết bị được cài đặt trong bộ thu có chức năng chuyển đổi mã thành tín hiệu tương tự tương ứng với giọng nói của bạn bè bạn trong loa của điện thoại di động GSM được gọi là “bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự” (DAC).

Trong quá trình truyền tín hiệu số, lỗi và biến dạng hầu như được loại bỏ. Nếu xung trở nên mạnh hơn một chút, dài hơn hoặc ngược lại, thì nó vẫn sẽ được hệ thống công nhận là một đơn vị. Và số 0 sẽ vẫn là 0, ngay cả khi một số tín hiệu yếu ngẫu nhiên xuất hiện ở vị trí của nó. Đối với ADC và DAC không có giá trị nào khác như 0,2 hoặc 0,9 - chỉ có 0 và một. Vì vậy, nhiễu hầu như không ảnh hưởng gì đến truyền thông và phát sóng kỹ thuật số.

Hơn nữa, “kỹ ​​thuật số” cũng được bảo vệ nhiều hơn khỏi sự truy cập trái phép. Suy cho cùng, để DAC của thiết bị có thể giải mã được tín hiệu thì nó phải “biết” mã giải mã. ADC, cùng với tín hiệu, cũng có thể truyền địa chỉ kỹ thuật số của thiết bị được chọn làm máy thu. Do đó, ngay cả khi tín hiệu vô tuyến bị chặn, nó cũng không thể được nhận dạng do thiếu ít nhất một phần mã. Điều này đặc biệt đúng.

Vì vậy, bạn đi đây sự khác biệt giữa tín hiệu số và tín hiệu analog:

1) Tín hiệu tương tự có thể bị biến dạng do nhiễu và tín hiệu số có thể bị tắc hoàn toàn do nhiễu hoặc đến mà không bị biến dạng. Tín hiệu số chắc chắn có hoặc hoàn toàn không có (không hoặc một).

2) Tất cả các thiết bị hoạt động theo nguyên tắc giống như bộ phát đều có thể truy cập được tín hiệu tương tự. Tín hiệu số được bảo vệ an toàn bằng mã và khó bị chặn nếu nó không dành cho bạn.

Thiết kế mạch kỹ thuật số là môn học quan trọng nhất được nghiên cứu trong tất cả các cơ sở giáo dục đại học và trung học đào tạo các chuyên gia về điện tử. Một người phát thanh nghiệp dư thực sự cũng nên thành thạo vấn đề này. Nhưng hầu hết sách và sách giáo khoa đều được viết bằng ngôn ngữ rất khó hiểu và sẽ rất khó để một kỹ sư điện tử mới vào nghề (có thể là học sinh trung học) tìm hiểu thông tin mới. Một loạt tài liệu giáo dục mới của Master Keith được thiết kế để lấp đầy khoảng trống này: các bài viết của chúng tôi nói về các khái niệm phức tạp bằng những từ đơn giản nhất.


8.1. Tín hiệu analog và kỹ thuật số

Trước tiên, bạn cần hiểu mạch analog khác với mạch kỹ thuật số như thế nào. Và sự khác biệt chính là ở tín hiệu mà các mạch này hoạt động.
Tất cả các tín hiệu có thể được chia thành hai loại chính: analog và kỹ thuật số.

Tín hiệu tương tự

Tín hiệu tương tự là tín hiệu quen thuộc nhất với chúng ta. Chúng ta có thể nói rằng toàn bộ thế giới tự nhiên xung quanh chúng ta là tương tự. Thị giác và thính giác của chúng ta, cũng như tất cả các giác quan khác, nhận biết thông tin đến ở dạng tương tự, nghĩa là liên tục theo thời gian. Truyền thông tin âm thanh - lời nói của con người, âm thanh của nhạc cụ, tiếng gầm của động vật, âm thanh của thiên nhiên, v.v. – cũng được thực hiện ở dạng tương tự.
Để hiểu rõ hơn vấn đề này, hãy vẽ tín hiệu tương tự (Hình 1):

Hình.1. Tín hiệu tương tự

Chúng ta thấy rằng tín hiệu tương tự liên tục về thời gian và biên độ. Tại bất kỳ thời điểm nào, bạn có thể xác định giá trị chính xác của biên độ của tín hiệu tương tự.

Tín hiệu số

Hãy phân tích biên độ tín hiệu không liên tục mà rời rạc, theo những khoảng thời gian cố định. Ví dụ: một lần mỗi giây hoặc thường xuyên hơn: mười lần mỗi giây. Tần suất chúng tôi thực hiện việc này được gọi là tốc độ lấy mẫu: một lần mỗi giây - 1 Hz, một nghìn lần mỗi giây - 1000 Hz hoặc 1 kHz.

Để rõ ràng, hãy vẽ đồ thị của tín hiệu tương tự (trên) và tín hiệu số (dưới) (Hình 2):

Hình 2. Tín hiệu tương tự (trên cùng) và bản sao kỹ thuật số của nó (dưới)

Chúng ta thấy rằng tại mỗi khoảng thời gian tức thời, chúng ta có thể tìm ra giá trị số tức thời của biên độ tín hiệu. Chúng tôi không biết điều gì sẽ xảy ra với tín hiệu (theo quy luật nào nó thay đổi, biên độ của nó là bao nhiêu) giữa các khoảng thời gian “kiểm tra”; thông tin này sẽ bị mất đối với chúng tôi. Chúng ta càng ít kiểm tra mức tín hiệu (tần số lấy mẫu càng thấp), chúng ta càng có ít thông tin về tín hiệu. Tất nhiên, điều ngược lại cũng đúng: tốc độ lấy mẫu càng cao thì chất lượng trình bày tín hiệu càng tốt. Trong giới hạn, tăng tần số lấy mẫu lên vô cùng, chúng ta nhận được tín hiệu analog gần như giống nhau.
Điều này có nghĩa là tín hiệu analog trong mọi trường hợp đều tốt hơn tín hiệu số? Về lý thuyết, có lẽ là có. Nhưng trên thực tế, các bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) hiện đại hoạt động với tốc độ lấy mẫu cao (lên tới vài triệu mẫu mỗi giây) và mô tả tín hiệu tương tự ở dạng kỹ thuật số một cách định tính đến mức các giác quan của con người (mắt, tai) có thể không còn cảm nhận được sự khác biệt giữa tín hiệu gốc và mô hình kỹ thuật số của nó. Tín hiệu số có một ưu điểm rất đáng kể: truyền qua dây hoặc sóng vô tuyến dễ dàng hơn, nhiễu không ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu đó. Vì vậy, tất cả các thông tin liên lạc di động, truyền hình và phát thanh hiện đại đều là kỹ thuật số.

Biểu đồ dưới cùng trong Hình. 2 rất dễ hình dung dưới một dạng khác - như một chuỗi dài của một cặp số: thời gian/biên độ. Và những con số chính xác là những gì mạch kỹ thuật số cần. Đúng, các mạch kỹ thuật số thích làm việc với các số ở dạng biểu diễn đặc biệt, nhưng chúng ta sẽ nói về điều này trong bài học tiếp theo.

Bây giờ chúng ta có thể rút ra kết luận quan trọng:

Tín hiệu số là rời rạc, nó chỉ có thể được xác định trong từng thời điểm riêng lẻ;
- tần số lấy mẫu càng cao thì độ chính xác của biểu diễn tín hiệu số càng tốt.

Tín hiệu tương tự là tín hiệu dữ liệu trong đó mỗi tham số biểu diễn được mô tả bằng hàm thời gian và một tập hợp liên tục các giá trị có thể.

Có hai không gian tín hiệu - không gian L (tín hiệu liên tục) và không gian l (L nhỏ) - không gian của các chuỗi. Không gian l (L nhỏ) là không gian của các hệ số Fourier (tập hợp số đếm được xác định hàm liên tục trên một khoảng hữu hạn của miền định nghĩa), không gian L là không gian của các tín hiệu (analog) liên tục trên miền của định nghĩa. Trong những điều kiện nhất định, không gian L được ánh xạ duy nhất vào không gian l (ví dụ, hai định lý rời rạc Kotelnikov đầu tiên).

Tín hiệu tương tự được mô tả bằng các hàm liên tục của thời gian, đó là lý do tại sao tín hiệu tương tự đôi khi được gọi là tín hiệu liên tục. Tín hiệu tương tự tương phản với tín hiệu rời rạc (lượng tử hóa, kỹ thuật số). Ví dụ về không gian liên tục và đại lượng vật lý tương ứng:

    trực tiếp: điện áp

    vòng tròn: vị trí của rôto, bánh xe, bánh răng, kim đồng hồ analog hoặc pha của tín hiệu sóng mang

    đoạn: vị trí của piston, cần điều khiển, nhiệt kế chất lỏng hoặc tín hiệu điện bị giới hạn về biên độ. Các không gian đa chiều khác nhau: màu sắc, tín hiệu điều chế cầu phương.

Các đặc tính của tín hiệu tương tự phần lớn trái ngược với đặc tính của tín hiệu lượng tử hóa hoặc tín hiệu số.

Việc thiếu các mức tín hiệu rời rạc có thể phân biệt rõ ràng khiến cho không thể áp dụng khái niệm thông tin ở dạng như cách hiểu trong công nghệ kỹ thuật số để mô tả nó. “Lượng thông tin” chứa trong một lần đọc sẽ chỉ bị giới hạn bởi phạm vi động của dụng cụ đo.

Không có sự dư thừa. Từ tính liên tục của không gian giá trị, theo đó, bất kỳ nhiễu nào được đưa vào tín hiệu đều không thể phân biệt được với chính tín hiệu đó và do đó, biên độ ban đầu không thể được khôi phục. Trên thực tế, có thể lọc, chẳng hạn như bằng phương pháp tần số, nếu biết bất kỳ thông tin bổ sung nào về các đặc tính của tín hiệu này (cụ thể là dải tần số).

Ứng dụng:

Tín hiệu tương tự thường được sử dụng để biểu diễn các đại lượng vật lý thay đổi liên tục. Ví dụ, tín hiệu điện tương tự lấy từ cặp nhiệt điện mang thông tin về sự thay đổi nhiệt độ, tín hiệu từ micrô mang thông tin về sự thay đổi nhanh chóng của áp suất trong sóng âm, v.v.

2.2 Tín hiệu số

Tín hiệu số là tín hiệu dữ liệu trong đó mỗi tham số biểu diễn được mô tả bằng hàm thời gian rời rạc và một tập hữu hạn các giá trị có thể.

Các tín hiệu là các xung điện hoặc ánh sáng rời rạc. Với phương pháp này, toàn bộ dung lượng của kênh liên lạc được sử dụng để truyền một tín hiệu. Tín hiệu số sử dụng toàn bộ băng thông cáp. Băng thông là sự chênh lệch giữa tần số tối đa và tối thiểu có thể truyền qua cáp. Mỗi thiết bị trên các mạng như vậy sẽ gửi dữ liệu theo cả hai hướng và một số có thể nhận và truyền đồng thời. Hệ thống băng thông hẹp (băng cơ sở) truyền dữ liệu dưới dạng tín hiệu số có tần số đơn.

Tín hiệu số rời rạc khó truyền qua khoảng cách xa hơn tín hiệu analog nên nó được điều chế trước ở phía máy phát và giải điều chế ở phía máy thu thông tin. Việc sử dụng các thuật toán để kiểm tra và khôi phục thông tin số trong hệ thống số có thể làm tăng đáng kể độ tin cậy của việc truyền tải thông tin.

Bình luận. Cần lưu ý rằng tín hiệu số thực có bản chất vật lý là tín hiệu tương tự. Do nhiễu và sự thay đổi các thông số đường truyền nên nó có sự dao động về biên độ, pha/tần số (jitter) và phân cực. Nhưng tín hiệu tương tự (xung và rời rạc) này có đặc tính của một số. Kết quả là có thể sử dụng các phương pháp số (xử lý máy tính) để xử lý nó.

Một người bình thường không nghĩ về bản chất của tín hiệu, nhưng đôi khi anh ta nghĩ về sự khác biệt giữa các định dạng hoặc phát sóng analog và kỹ thuật số. Theo mặc định, người ta tin rằng công nghệ analog đang trở thành quá khứ và sẽ sớm được thay thế hoàn toàn bằng công nghệ kỹ thuật số. Thật đáng để biết những gì chúng ta từ bỏ để ủng hộ các xu hướng mới.

Tín hiệu tương tự- tín hiệu dữ liệu được mô tả bằng các hàm liên tục của thời gian, nghĩa là biên độ dao động của nó có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong mức tối đa.

Tín hiệu kĩ thuật số- tín hiệu dữ liệu được mô tả bởi các hàm thời gian rời rạc, nghĩa là biên độ dao động chỉ nhận các giá trị được xác định chặt chẽ.

Trong thực tế, điều này cho phép chúng ta nói rằng tín hiệu tương tự đi kèm với một lượng lớn nhiễu, trong khi tín hiệu số đã lọc thành công tín hiệu đó. Cái sau có khả năng khôi phục dữ liệu gốc. Ngoài ra, tín hiệu analog liên tục thường mang nhiều thông tin không cần thiết, dẫn đến tính dư thừa - một số tín hiệu số có thể được truyền đi thay vì một tín hiệu analog.

Nếu chúng ta nói về truyền hình và đây là lĩnh vực khiến hầu hết người tiêu dùng lo lắng khi chuyển sang “kỹ thuật số”, thì chúng ta có thể coi tín hiệu analog đã hoàn toàn lỗi thời. Tuy nhiên, hiện tại, bất kỳ thiết bị nào được thiết kế cho mục đích này đều có thể nhận được tín hiệu tương tự, trong khi tín hiệu số cần có thiết bị đặc biệt. Đúng vậy, với sự phổ biến của truyền hình kỹ thuật số, ngày càng có ít TV analog hơn và nhu cầu về chúng đang giảm đi một cách thảm hại.

Một đặc tính quan trọng khác của tín hiệu là tính bảo mật. Về vấn đề này, analog thể hiện khả năng tự vệ hoàn toàn trước những ảnh hưởng hoặc sự xâm nhập từ bên ngoài. Mã kỹ thuật số được mã hóa bằng cách gán mã từ các xung vô tuyến cho nó để loại trừ mọi nhiễu sóng. Rất khó để truyền tín hiệu số qua khoảng cách xa, vì vậy sơ đồ điều chế-giải điều chế được sử dụng.

Trang web kết luận

  1. Tín hiệu analog là liên tục, tín hiệu số là rời rạc.
  2. Khi truyền tín hiệu analog, nguy cơ tắc nghẽn kênh do nhiễu sẽ cao hơn.
  3. Tín hiệu analog là dư thừa.
  4. Tín hiệu số lọc nhiễu và khôi phục dữ liệu gốc.
  5. Tín hiệu số được truyền ở dạng mã hóa.
  6. Nhiều tín hiệu số có thể được gửi thay vì một tín hiệu tương tự.

Một người tiêu dùng đơn giản không cần biết bản chất của tín hiệu là gì. Nhưng đôi khi cần phải biết sự khác biệt giữa định dạng analog và kỹ thuật số để tiếp cận việc lựa chọn phương án này hay phương án kia một cách sáng suốt, bởi vì ngày nay người ta nghe nói rằng thời của công nghệ analog đã qua, chúng đang được thay thế bằng công nghệ kỹ thuật số. . Bạn cần hiểu sự khác biệt để biết mình đang bỏ lại điều gì và điều gì sẽ xảy ra.

Tín hiệu tương tự- đây là tín hiệu liên tục, có vô số dữ liệu có giá trị gần tối đa, tất cả các tham số của chúng được mô tả bằng một biến phụ thuộc thời gian.

Tín hiệu kĩ thuật số- đây là một tín hiệu riêng biệt được mô tả bởi một hàm thời gian riêng biệt, tương ứng, tại mỗi thời điểm, biên độ của tín hiệu có một giá trị được xác định chặt chẽ;

Thực tế đã chỉ ra rằng nhiễu có thể xảy ra với tín hiệu tương tự, điều này có thể được loại bỏ bằng tín hiệu số. Ngoài ra, kỹ thuật số có thể khôi phục dữ liệu gốc. Với tín hiệu analog liên tục, rất nhiều thông tin được truyền qua, thường không cần thiết. Thay vì một tín hiệu tương tự, một số tín hiệu kỹ thuật số có thể được truyền đi.

Ngày nay, người tiêu dùng quan tâm đến vấn đề tivi, vì chính trong bối cảnh này mà cụm từ “chuyển sang tín hiệu số” thường được thốt ra. Trong trường hợp này, analog có thể được coi là tàn tích của quá khứ, nhưng đây là điều mà công nghệ hiện tại chấp nhận và để thu được kỹ thuật số thì cần phải có một thiết bị đặc biệt. Tất nhiên, do sự xuất hiện và mở rộng việc sử dụng “kỹ thuật số”, chúng đang mất đi sự phổ biến trước đây.

Ưu điểm và nhược điểm của các loại tín hiệu

An toàn đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá các thông số của một tín hiệu cụ thể. Nhiều loại ảnh hưởng, sự xâm nhập từ bên ngoài khiến tín hiệu analog không thể tự vệ được. Với kỹ thuật số, điều này bị loại trừ vì nó được mã hóa từ các xung vô tuyến. Đối với khoảng cách xa, việc truyền tín hiệu số rất phức tạp và cần sử dụng các sơ đồ điều chế-giải điều chế.

Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng sự khác biệt giữa tín hiệu analog và tín hiệu số bao gồm:

  • Trong tính liên tục của tương tự và rời rạc của kỹ thuật số;
  • Có nhiều khả năng bị nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu analog;
  • Trong dự phòng tín hiệu tương tự;
  • Ở khả năng lọc nhiễu và khôi phục thông tin gốc của kỹ thuật số;
  • Trong việc truyền tín hiệu số ở dạng được mã hóa. Một tín hiệu tương tự được thay thế bằng một số tín hiệu số.

Chúng ta thường nghe thấy những định nghĩa như tín hiệu “kỹ thuật số” hoặc “rời rạc”; sự khác biệt của nó với tín hiệu “tương tự” là gì?

Bản chất của sự khác biệt là tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian (đường màu xanh), trong khi tín hiệu số bao gồm một tập hợp tọa độ giới hạn (các chấm màu đỏ). Nếu chúng ta quy mọi thứ về tọa độ thì bất kỳ đoạn nào của tín hiệu tương tự đều bao gồm vô số tọa độ.

Đối với tín hiệu số, tọa độ dọc theo trục ngang được đặt đều đặn, phù hợp với tần số lấy mẫu. Ở định dạng Audio-CD phổ biến, tốc độ này là 44100 điểm mỗi giây. Độ chính xác dọc của chiều cao tọa độ tương ứng với độ sâu bit của tín hiệu số; đối với 8 bit là 256 cấp độ, đối với 16 bit = 65536 và đối với 24 bit = 16777216 cấp độ. Độ sâu bit (số cấp) càng cao thì tọa độ dọc càng gần với sóng ban đầu.

Nguồn tương tự là: vinyl và băng âm thanh. Các nguồn kỹ thuật số là: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) và các tệp ở định dạng WAVE và DSD (bao gồm các dẫn xuất của APE, Flac, Mp3, Ogg, v.v.).

Ưu điểm và nhược điểm của tín hiệu analog

Ưu điểm của tín hiệu analog là ở dạng tương tự, chúng ta cảm nhận được âm thanh bằng tai. Và mặc dù hệ thống thính giác của chúng ta chuyển đổi luồng âm thanh cảm nhận được thành dạng kỹ thuật số và truyền nó ở dạng này đến não, nhưng khoa học công nghệ vẫn chưa đạt đến mức kết nối trực tiếp người chơi và các nguồn âm thanh khác dưới dạng này. Nghiên cứu tương tự hiện đang được tích cực thực hiện đối với người khuyết tật và chúng tôi chỉ tận hưởng âm thanh analog.

Nhược điểm của tín hiệu analog là khả năng lưu trữ, truyền và tái tạo tín hiệu. Khi ghi vào băng từ hoặc vinyl, chất lượng tín hiệu sẽ phụ thuộc vào đặc tính của băng hoặc vinyl. Theo thời gian, băng sẽ mất từ ​​tính và chất lượng tín hiệu ghi được sẽ giảm sút. Mỗi lần đọc sẽ dần dần phá hủy phương tiện và việc viết lại sẽ gây ra biến dạng bổ sung, trong đó các phương tiện tiếp theo (băng hoặc nhựa vinyl), thiết bị đọc, ghi và truyền tín hiệu sẽ thêm vào các sai lệch bổ sung.

Tạo một bản sao của tín hiệu tương tự cũng giống như sao chép một bức ảnh bằng cách chụp lại bức ảnh đó.

Ưu điểm và nhược điểm của tín hiệu số

Ưu điểm của tín hiệu số bao gồm độ chính xác khi sao chép và truyền luồng âm thanh, trong đó bản gốc không khác gì bản sao.

Nhược điểm chính là tín hiệu số là giai đoạn trung gian và độ chính xác của tín hiệu tương tự cuối cùng sẽ phụ thuộc vào mức độ chi tiết và chính xác của sóng âm được mô tả theo tọa độ. Một điều khá logic là càng có nhiều điểm và tọa độ càng chính xác thì sóng sẽ càng chính xác. Nhưng vẫn chưa có sự thống nhất về số lượng tọa độ và độ chính xác của dữ liệu là đủ để nói rằng biểu diễn kỹ thuật số của tín hiệu là đủ để khôi phục chính xác tín hiệu analog, không thể phân biệt được với bản gốc bằng tai của chúng ta.

Về khối lượng dữ liệu, dung lượng của một băng cassette âm thanh analog thông thường chỉ khoảng 700-1,1 MB, trong khi một đĩa CD thông thường có dung lượng 700 MB. Điều này đưa ra ý tưởng về sự cần thiết của phương tiện truyền thông dung lượng cao. Và điều này dẫn đến một cuộc chiến thỏa hiệp riêng biệt với các yêu cầu khác nhau về số lượng điểm mô tả và độ chính xác của tọa độ.

Ngày nay, nó được coi là khá đủ để biểu diễn một sóng âm thanh có tần số lấy mẫu là 44,1 kHz và độ sâu bit là 16 bit. Ở tốc độ lấy mẫu 44,1 kHz, có thể tái tạo tín hiệu lên tới 22 kHz. Như các nghiên cứu về âm thanh tâm lý cho thấy, việc tăng thêm tần số lấy mẫu là không đáng chú ý, nhưng việc tăng độ sâu bit mang lại sự cải thiện chủ quan.

Cách DAC xây dựng làn sóng

DAC là một bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang analog, một phần tử chuyển đổi âm thanh kỹ thuật số thành analog. Chúng ta sẽ xem xét một cách hời hợt những nguyên tắc cơ bản. Nếu các nhận xét thể hiện sự quan tâm đến việc xem xét một số điểm chi tiết hơn, một tài liệu riêng biệt sẽ được phát hành.

DAC đa bit

Rất thường xuyên, một sóng được biểu diễn dưới dạng các bước, điều này là do kiến ​​trúc của thế hệ DAC R-2R nhiều bit đầu tiên hoạt động tương tự như một công tắc rơle.


Đầu vào DAC nhận giá trị của tọa độ dọc tiếp theo và ở mỗi chu kỳ đồng hồ, nó sẽ chuyển mức hiện tại (điện áp) sang mức thích hợp cho đến lần thay đổi tiếp theo.

Mặc dù người ta tin rằng tai người có thể nghe được không quá 20 kHz và theo lý thuyết của Nyquist, có thể khôi phục tín hiệu lên đến 22 kHz, nhưng vẫn còn câu hỏi về chất lượng của tín hiệu này sau khi khôi phục. Ở vùng tần số cao, dạng sóng “bước” thu được thường khác xa dạng sóng ban đầu. Cách dễ nhất để thoát khỏi tình huống này là tăng tốc độ lấy mẫu khi ghi, nhưng điều này dẫn đến kích thước tệp tăng đáng kể và không mong muốn.


Một cách khác là tăng tốc độ lấy mẫu phát lại DAC một cách giả tạo bằng cách thêm các giá trị trung gian. Những thứ kia. chúng ta tưởng tượng một đường sóng liên tục (đường chấm màu xám) nối liền tọa độ ban đầu (các chấm đỏ) và thêm các điểm trung gian trên đường này (màu tím đậm).

Khi tăng tần số lấy mẫu, thông thường cần phải tăng độ sâu bit để tọa độ gần với sóng gần đúng hơn.


Nhờ tọa độ trung gian, có thể giảm bớt “bước” và xây dựng sóng gần với sóng gốc hơn.

Khi bạn thấy chức năng tăng tốc từ 44,1 đến 192 kHz trong đầu phát hoặc DAC bên ngoài, đó là chức năng thêm tọa độ trung gian, không khôi phục hoặc tạo âm thanh ở vùng trên 20 kHz.

Ban đầu, đây là những chip SRC riêng biệt trước DAC, sau đó chúng di chuyển trực tiếp sang các chip DAC. Ngày nay, bạn có thể tìm thấy các giải pháp trong đó một con chip như vậy được thêm vào các DAC hiện đại, điều này được thực hiện để cung cấp một giải pháp thay thế cho các thuật toán tích hợp trong DAC và đôi khi có được âm thanh thậm chí còn tốt hơn (ví dụ: điều này được thực hiện trong Hidizs AP100).

Sự từ chối chính trong ngành đối với các DAC đa bit xảy ra do không thể phát triển hơn nữa công nghệ về các chỉ số chất lượng với công nghệ sản xuất hiện tại và chi phí cao hơn so với các DAC “xung” có các đặc tính tương đương. Tuy nhiên, ở các sản phẩm Hi-End, người ta thường ưu tiên các DAC multi-bit cũ hơn là các giải pháp mới có đặc tính kỹ thuật tốt hơn.

Chuyển đổi DAC

Vào cuối những năm 70, một phiên bản thay thế của DAC dựa trên kiến ​​trúc “xung” – “delta-sigma” – đã trở nên phổ biến. Công nghệ Pulse DAC cho phép xuất hiện các công tắc cực nhanh và cho phép sử dụng tần số sóng mang cao.


Biên độ tín hiệu là giá trị trung bình của biên độ xung (các xung có biên độ bằng nhau được hiển thị bằng màu xanh lá cây và sóng âm thu được được hiển thị bằng màu trắng).

Ví dụ: một chuỗi gồm tám chu kỳ gồm năm xung sẽ cho biên độ trung bình (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Tần số sóng mang càng cao thì càng có nhiều xung được làm mịn và thu được giá trị biên độ chính xác hơn. Điều này giúp có thể trình bày luồng âm thanh ở dạng một bit với dải động rộng.

Việc tính trung bình có thể được thực hiện bằng bộ lọc tương tự thông thường và nếu một bộ xung như vậy được áp trực tiếp vào loa, thì ở đầu ra, chúng ta sẽ thu được âm thanh và tần số cực cao sẽ không được tái tạo do quán tính cao của bộ phát. Bộ khuếch đại Xung điều khiển hoạt động theo nguyên tắc này ở loại D, trong đó mật độ năng lượng của các xung được tạo ra không phải bởi số lượng của chúng mà bởi thời lượng của mỗi xung (điều này dễ thực hiện hơn nhưng không thể mô tả bằng mã nhị phân đơn giản).

DAC đa bit có thể được coi là một máy in có khả năng áp dụng màu pantone. Delta-Sigma là máy in phun có phạm vi màu hạn chế, nhưng do khả năng áp dụng các chấm rất nhỏ (so với máy in gạc) nên nó tạo ra nhiều sắc thái hơn do mật độ chấm trên mỗi đơn vị bề mặt khác nhau.


Trong một hình ảnh, chúng ta thường không nhìn thấy các chấm riêng lẻ do độ phân giải của mắt thấp mà chỉ có tông màu trung bình. Tương tự như vậy, tai không nghe được từng xung động riêng lẻ.


Cuối cùng, với các công nghệ hiện tại trong DAC dạng xung, có thể thu được sóng gần với mức cần đạt được về mặt lý thuyết khi xấp xỉ các tọa độ trung gian.

Cần lưu ý rằng sau sự ra đời của DAC delta-sigma, sự liên quan của việc vẽ “sóng kỹ thuật số” theo từng bước đã biến mất, bởi vì Đây là cách các DAC hiện đại không tạo sóng theo từng bước. Việc xây dựng một tín hiệu rời rạc với các điểm được nối bằng một đường thẳng là đúng.

Việc chuyển đổi DAC có lý tưởng không?

Nhưng trên thực tế, không phải mọi thứ đều màu hồng và còn một số vấn đề, hạn chế.

Bởi vì Do số lượng bản ghi quá lớn được lưu trữ trong tín hiệu nhiều bit nên việc chuyển đổi sang tín hiệu xung sử dụng nguyên tắc “bit to bit” đòi hỏi tần số sóng mang cao không cần thiết, điều mà các DAC hiện đại không hỗ trợ.

Chức năng chính của DAC xung hiện đại là chuyển đổi tín hiệu nhiều bit thành tín hiệu một bit có tần số sóng mang tương đối thấp với khả năng phân tách dữ liệu. Về cơ bản, chính những thuật toán này sẽ quyết định chất lượng âm thanh cuối cùng của DAC xung.

Để giảm bớt vấn đề về tần số sóng mang cao, luồng âm thanh được chia thành nhiều luồng một bit, trong đó mỗi luồng chịu trách nhiệm về nhóm bit của nó, tương đương với bội số của tần số sóng mang của số luồng. Những DAC như vậy được gọi là delta-sigma đa bit.

Ngày nay, DAC xung đã nhận được làn gió thứ hai về chip đa năng tốc độ cao trong các sản phẩm của NAD và Chord nhờ khả năng lập trình linh hoạt các thuật toán chuyển đổi.

định dạng DSD

Sau khi DAC delta-sigma được sử dụng rộng rãi, việc xuất hiện định dạng ghi mã nhị phân trực tiếp sang mã hóa delta-sigma là khá hợp lý. Định dạng này được gọi là DSD (Direct Stream Digital).

Định dạng này không được sử dụng rộng rãi vì nhiều lý do. Việc chỉnh sửa tệp ở định dạng này hóa ra bị hạn chế một cách không cần thiết: bạn không thể trộn các luồng, điều chỉnh âm lượng hoặc áp dụng cân bằng. Điều này có nghĩa là không làm giảm chất lượng, bạn chỉ có thể lưu trữ các bản ghi analog và tạo ra bản ghi âm hai micrô của các buổi biểu diễn trực tiếp mà không cần xử lý thêm. Nói một cách ngắn gọn, bạn thực sự không thể kiếm được tiền.

Trong cuộc chiến chống vi phạm bản quyền, các đĩa định dạng SA-CD không (và vẫn chưa) được máy tính hỗ trợ, điều này khiến cho việc tạo bản sao của chúng là không thể. Không có bản sao – không có khán giả rộng rãi. Chỉ có thể phát nội dung âm thanh DSD từ đầu phát SA-CD riêng biệt từ đĩa độc quyền. Nếu đối với định dạng PCM có tiêu chuẩn SPDIF để truyền dữ liệu số từ nguồn sang DAC riêng thì đối với định dạng DSD không có tiêu chuẩn này và các bản sao đĩa SA-CD lậu đầu tiên được số hóa từ đầu ra analog của SA- Đầu đĩa CD (mặc dù tình huống có vẻ ngu ngốc, nhưng trên thực tế, một số bản ghi chỉ được phát hành trên SA-CD, hoặc bản ghi tương tự trên Audio-CD được cố tình làm với chất lượng kém để quảng cáo SA-CD).

Bước ngoặt xảy ra với việc phát hành máy chơi game SONY, nơi đĩa SA-CD được tự động sao chép vào ổ cứng của máy trước khi phát lại. Những người hâm mộ định dạng DSD đã tận dụng điều này. Sự xuất hiện của các bản ghi lậu đã kích thích thị trường tung ra các DAC riêng để phát các dòng DSD. Hầu hết các DAC bên ngoài có hỗ trợ DSD ngày nay đều hỗ trợ truyền dữ liệu USB bằng định dạng DoP như một mã hóa riêng cho tín hiệu số thông qua SPDIF.

Tần số sóng mang cho DSD tương đối nhỏ, 2,8 và 5,6 MHz, nhưng luồng âm thanh này không yêu cầu bất kỳ chuyển đổi giảm dữ liệu nào và khá cạnh tranh với các định dạng có độ phân giải cao như DVD-Audio.

Không có câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi cái nào tốt hơn, DSP hay PCM. Tất cả phụ thuộc vào chất lượng triển khai của một DAC cụ thể và tài năng của kỹ sư âm thanh khi ghi tệp cuối cùng.

Kết luận chung

Âm thanh tương tự là những gì chúng ta nghe và cảm nhận được như thế giới xung quanh bằng mắt. Âm thanh kỹ thuật số là một tập hợp tọa độ mô tả sóng âm thanh và chúng ta không thể nghe trực tiếp nếu không chuyển đổi sang tín hiệu analog.

Tín hiệu tương tự được ghi trực tiếp vào băng cassette hoặc vinyl không thể được ghi lại mà không làm giảm chất lượng, trong khi sóng ở dạng kỹ thuật số có thể được sao chép từng chút một.

Các định dạng ghi kỹ thuật số là sự đánh đổi liên tục giữa mức độ chính xác của tọa độ so với kích thước tệp và bất kỳ tín hiệu số nào cũng chỉ là tín hiệu gần đúng của tín hiệu tương tự ban đầu. Tuy nhiên, các cấp độ công nghệ khác nhau để ghi và tái tạo tín hiệu số và lưu trữ trên phương tiện cho tín hiệu tương tự mang lại nhiều lợi thế hơn cho việc biểu diễn tín hiệu kỹ thuật số, tương tự như máy ảnh kỹ thuật số so với máy ảnh phim.

Với những lời này, Thánh Gioan bắt đầu Tin Mừng của mình, mô tả những thời đại vượt ra ngoài biên giới của thời đại chúng ta. Chúng tôi bắt đầu bài viết này với không kém phần bi thảm và nghiêm túc tuyên bố rằng trong lĩnh vực phát thanh truyền hình “ban đầu đã có một tín hiệu”.

Trong truyền hình, cũng như trong mọi thiết bị điện tử, tín hiệu là cơ sở. Khi nói về nó, chúng tôi muốn nói đến các dao động điện từ lan truyền trong không khí với sự trợ giúp của ăng-ten phát và gây ra sự dao động dòng điện trong ăng-ten thu. Sóng phát sóng có thể được trình bày ở cả dạng liên tục và dạng xung, điều này ảnh hưởng đáng kể đến kết quả cuối cùng - chất lượng thu sóng TV.

Truyền hình analog là gì? Đây là chiếc tivi quen thuộc với mọi người mà bố mẹ chúng tôi đã xem. Nó được phát sóng theo cách không được mã hóa, cơ sở của nó là tín hiệu analog và nó được nhận bởi một chiếc TV analog thông thường, quen thuộc với chúng ta từ thời thơ ấu. Hiện nay, ở nhiều quốc gia, quá trình số hóa tín hiệu analog và truyền hình mặt đất đang được thực hiện. Ở một số nước châu Âu, quá trình này đã được hoàn thành và truyền hình analog mặt đất đã bị tắt. Có những lý do cho điều này, mà bài viết này gợi ý để hiểu.

Sự khác biệt giữa tín hiệu số và tín hiệu analog

Đối với hầu hết mọi người, sự khác biệt giữa tín hiệu analog và tín hiệu số có thể khá khó nhận thấy. Chưa hết, sự khác biệt của họ rất đáng kể và không chỉ nằm ở chất lượng phát sóng truyền hình.

Tín hiệu tương tự là dữ liệu nhận được mà chúng ta nhìn, nghe và cảm nhận như thế giới xung quanh chúng ta. Phương pháp tạo, xử lý, truyền và ghi tín hiệu này là truyền thống và vẫn rất phổ biến. Dữ liệu được chuyển đổi thành sóng điện từ, phản ánh tần số và cường độ của các hiện tượng theo nguyên tắc tương ứng hoàn toàn.

Tín hiệu số là một tập hợp tọa độ mô tả sóng điện từ, không thể tiếp cận được bằng nhận thức trực tiếp mà không cần giải mã, bởi vì là một chuỗi các xung điện từ. Nói về tính rời rạc và tính liên tục của tín hiệu, chúng có nghĩa tương ứng là “lấy giá trị từ một tập hợp hữu hạn” và “lấy giá trị từ một tập hợp vô hạn”.

Một ví dụ về tính rời rạc là điểm học, lấy các giá trị từ tập hợp 1,2,3,4,5. Trong thực tế, tín hiệu video số thường được tạo ra bằng cách số hóa tín hiệu analog.

Bỏ xa lý thuyết, trên thực tế, chúng ta có thể nêu bật những khác biệt chính sau đây giữa tín hiệu analog và tín hiệu số:

  1. Truyền hình tương tự dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu làm nhiễu vào nó, trong khi xung kỹ thuật số hoặc bị chặn hoàn toàn bởi nhiễu và không có hoặc xuất hiện ở dạng ban đầu.
  2. Bất kỳ thiết bị nào hoạt động dựa trên nguyên tắc giống như chương trình phát sóng của máy phát đều có thể nhận và đọc tín hiệu analog. Sóng kỹ thuật số được dành cho một “người nhận” cụ thể và do đó có khả năng chống lại việc bị chặn, bởi vì được mã hóa an toàn.

Chất lượng hình ảnh

Chất lượng hình ảnh TV do TV analog cung cấp phần lớn được quyết định bởi tiêu chuẩn TV. Khung truyền phát sóng analog bao gồm 625 dòng với tỷ lệ khung hình là 4x3. Do đó, kinescope cũ hiển thị hình ảnh từ các đường truyền hình, trong khi hình ảnh kỹ thuật số được tạo thành từ các pixel.

Với khả năng thu và nhiễu kém, TV sẽ “có tuyết” và phát ra tiếng rít, không cung cấp cho người xem hình ảnh và âm thanh. Trong nỗ lực cải thiện tình trạng này, đã có lúc nó được thực hiện.

Sự lựa chọn khác

Bất chấp sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử và những ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu analog, vẫn có những lĩnh vực mà công nghệ analog không thể thiếu, chẳng hạn như xử lý âm thanh chuyên nghiệp. Tuy nhiên, mặc dù bản ghi gốc có thể không tệ hơn bản kỹ thuật số nhưng sau khi chỉnh sửa và sao chép chắc chắn sẽ bị nhiễu.

Dưới đây là tập hợp các thao tác cơ bản có thể được thực hiện với luồng tương tự:

  • tăng cường và suy yếu;
  • điều chế, nhằm mục đích giảm tính nhạy cảm với nhiễu và giải điều chế;
  • lọc và xử lý tần số;
  • nhân, tính tổng và logarit;
  • xử lý và thay đổi các tham số của các đại lượng vật lý của nó.

Đặc điểm của truyền hình analog và kỹ thuật số

Nhận định của phàm nhân về sự sụp đổ của truyền hình mặt đất và sự chuyển đổi sang các công nghệ phát sóng trong tương lai có phần không công bằng, nếu chỉ vì người xem truyền hình đang thay thế các khái niệm: truyền hình mặt đất và truyền hình analog. Xét cho cùng, truyền hình mặt đất thường được hiểu là bất kỳ chương trình truyền hình nào được phát sóng trên kênh vô tuyến mặt đất.

Cả “analog” và “digital” đều là loại truyền hình mặt đất. Mặc dù thực tế là truyền hình analog khác với truyền hình kỹ thuật số, nhưng nguyên tắc phát sóng chung của chúng là giống hệt nhau - tháp truyền hình phát các kênh và đảm bảo tín hiệu chất lượng cao chỉ trong một bán kính giới hạn. Đồng thời, bán kính phủ sóng kỹ thuật số ngắn hơn phạm vi của luồng không được mã hóa, điều đó có nghĩa là các bộ lặp phải được lắp đặt gần nhau hơn.

Nhưng quan điểm cho rằng “kỹ thuật số” cuối cùng sẽ vượt qua “analog” là đúng. Khán giả truyền hình ở nhiều quốc gia đã trở thành “nhân chứng” cho việc chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu kỹ thuật số và hoàn toàn thích thú khi xem các chương trình TV ở chất lượng HD.

Đặc điểm của truyền hình phát sóng

Hệ thống truyền hình mặt đất hiện nay sử dụng tín hiệu analog để truyền tải các sản phẩm truyền hình. Chúng lan truyền qua các sóng dao động cao, chạm tới các ăng-ten trên mặt đất. Để tăng vùng phủ sóng phát sóng, các bộ lặp được lắp đặt. Chức năng của chúng là tập trung và khuếch đại tín hiệu, truyền nó đến các máy thu từ xa. Tín hiệu được truyền ở tần số cố định nên mỗi kênh tương ứng với tần số riêng và được gán cho TV theo thứ tự số.

Ưu điểm và nhược điểm của truyền hình kỹ thuật số

Thông tin được truyền bằng mã kỹ thuật số hầu như không có lỗi hoặc biến dạng. Thiết bị số hóa tín hiệu gốc được gọi là bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC).

Để mã hóa các xung, một hệ thống gồm các số 1 và 0 được sử dụng. Để đọc và chuyển đổi mã BCD, một thiết bị gọi là bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) được tích hợp vào bộ thu. Không có một nửa giá trị nào cho ADC hoặc DAC, chẳng hạn như 1,4 hoặc 0,8.

Phương pháp mã hóa và truyền dữ liệu này đã mang đến cho chúng ta một định dạng TV mới, có nhiều ưu điểm:

  • việc thay đổi cường độ hoặc độ dài của xung không ảnh hưởng đến việc bộ giải mã nhận dạng nó;
  • phủ sóng phát sóng thống nhất;
  • không giống như phát sóng tương tự, phản xạ từ các chướng ngại vật của chương trình phát sóng được chuyển đổi sẽ cộng thêm và cải thiện khả năng thu sóng;
  • tần số phát sóng được sử dụng hiệu quả hơn;
  • Có thể thu được trên TV analog.

Sự khác biệt truyền hình kỹ thuật số từ analog

Cách dễ nhất để nhận thấy sự khác biệt giữa phát sóng analog và kỹ thuật số là trình bày các đặc điểm cuối cùng của cả hai công nghệ dưới dạng bảng.

TV kỹ thuật số Truyền hình analog
Độ phân giải hình ảnh kỹ thuật số là 1280x720, cho tổng số 921600 pixel. Trong trường hợp quét định dạng 1080i, độ phân giải hình ảnh là 1920x1080, cho kết quả ấn tượng: hơn 2 triệu 70 nghìn pixel.Độ phân giải tối đa của một "hình ảnh" tương tự là khoảng 720x480, mang lại tổng số hơn 340.000 pixel.
Âm thanh
Âm thanh, giống như video, được truyền đi mà không bị biến dạng. Nhiều chương trình đi kèm với tín hiệu âm thanh nổi vòm.Chất lượng âm thanh khác nhau.
Người nhận
Giá của một chiếc TV được điều chỉnh để thu sóng kỹ thuật số cao hơn nhiều lần so với giá của một chiếc TV thông thường.Truyền hình analog có giá vừa phải.
kênh truyền hình
Việc xem các kênh kỹ thuật số mang đến cho người xem nhiều sự lựa chọn: số lượng lớn và trọng tâm theo chủ đề của các kênh truyền hình.Số lượng chương trình lên tới 100.
Khác
Tiếp nhận các chương trình trên một TV. Các dịch vụ bổ sung như “phát sóng riêng”, “rạp chiếu phim ảo”, “lưu trữ chương trình”, v.v.Khả năng kết nối nhiều máy thu hơn và xem đồng thời nhiều chương trình.
Điểm mấu chốt
Chiếc tivi mới mang đến chất lượng hình ảnh và âm thanh tuyệt vời, khả năng tạo một trạm gia đình đa phương tiện để giải trí, làm việc và học tập. Tuy nhiên, chi phí cao của TV chuyển thể và việc giới thiệu công nghệ mã hóa TV chậm trên thị trường Nga cho đến nay đã khiến nó tụt hậu so với truyền hình hiện có.TV cũ tốt kém hơn kỹ thuật số về chất lượng hình ảnh và âm thanh. Tuy nhiên, giá của đầu thu và khả năng phân phối tín hiệu đến số lượng TV lớn hơn (khả năng xem nhiều chương trình cùng lúc) là một điểm cộng đáng kể.

Độ nhạy ăng-ten TV

Không có công thức chung nào để chọn ăng-ten lý tưởng, nhưng có những yêu cầu bắt buộc phải được đáp ứng để ăng-ten nhận được tín hiệu analog và kỹ thuật số. Khi khoảng cách từ đối tượng phát sóng tăng lên thì các yêu cầu này cũng tăng lên. Đặc biệt, đối với độ nhạy của máy thu - khả năng thu tín hiệu truyền hình cường độ yếu. Thường thì chúng là nguyên nhân khiến hình ảnh bị mờ. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách làm tăng đáng kể độ nhạy của ăng-ten và loại bỏ câu hỏi: làm thế nào để kết nối nó với truyền hình kỹ thuật số? Cùng một chiếc TV và cùng một ăng-ten, chỉ có bộ thu sóng kỹ thuật số không dây sẽ xuất hiện gần TV.

Mẫu bức xạ ăng-ten là gì

Ngoài độ nhạy của ăng-ten, còn có một tham số xác định mức độ mà nó có thể tập trung năng lượng. Nó được gọi là độ lợi định hướng hoặc độ định hướng, và là tỷ lệ giữa mật độ bức xạ theo một hướng nhất định với mật độ bức xạ trung bình.
Giải thích bằng đồ họa về đặc tính này là mẫu bức xạ ăng-ten. Về cốt lõi, nó là một hình ba chiều, nhưng để dễ làm việc, nó được thể hiện bằng hai mặt phẳng nằm vuông góc với nhau. Có trong tay một sơ đồ phẳng như vậy và so sánh nó với bản đồ của khu vực, bạn có thể quy hoạch khu vực thu sóng ăng-ten cho tín hiệu video analog. Cũng từ biểu đồ này, bạn có thể rút ra một số đặc tính thực tế hữu ích của ăng-ten TV, chẳng hạn như cường độ bức xạ ngang và bức xạ ngược cũng như hệ số bảo vệ.

Tín hiệu nào tốt hơn

Cần phải thừa nhận rằng, mặc dù có nhiều cải tiến được thực hiện trong lĩnh vực biểu diễn thông tin tương tự, phương pháp phát sóng này vẫn còn những nhược điểm. Chúng bao gồm biến dạng trong quá trình truyền và nhiễu trong khi phát lại.

Ngoài ra, nhu cầu chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là do phương pháp ghi hiện tại không phù hợp để lưu trữ thông tin trong bộ nhớ bán dẫn.

Thật không may, TV hiện tại hầu như không có lợi thế rõ ràng so với kỹ thuật số, ngoại trừ khả năng nhận tín hiệu bằng ăng-ten TV thông thường và chia sẻ tín hiệu giữa các TV.