Sự khác biệt giữa âm thanh analog và kỹ thuật số. Tín hiệu tương tự, rời rạc, 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 Chiến tranh thế giới 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 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 một 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 từng tải chương trình, trò chơi từ băng từ vào bộ nhớ máy tính. Nó trông 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 là bộ tích hợp. Sự thành công hay thất bại của doanh nghiệp phụ thuộc hoàn toàn vào những thông số được lựa chọn đúng đắn.
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 công cụ tương tự của 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 sau, 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:
- Khoảng thời gian.
- Biên độ.
- Sự hiện diện của hai trạng thái được chỉ định: 0 và 1.
- 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 xung 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 các 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 những người khác có thể 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 ứng 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, đường dây 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:
- 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.
- 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.
Điện tử kỹ thuật số hiện đang ngày càng thay thế các thiết bị điện tử analog truyền thống. Các công ty hàng đầu sản xuất nhiều loại thiết bị điện tử đang ngày càng tuyên bố chuyển đổi hoàn toàn sang công nghệ kỹ thuật số.
Những tiến bộ trong công nghệ sản xuất chip điện tử đã đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và thiết bị số. Việc sử dụng các phương pháp xử lý và truyền tín hiệu kỹ thuật số có thể cải thiện đáng kể chất lượng của đường truyền thông. Các phương pháp kỹ thuật số xử lý tín hiệu và chuyển mạch trong điện thoại giúp giảm nhiều lần các đặc tính trọng lượng và kích thước của thiết bị chuyển mạch, tăng độ tin cậy liên lạc và giới thiệu các chức năng bổ sung.
Sự ra đời của bộ vi xử lý tốc độ cao, chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dung lượng lớn và thiết bị lưu trữ thông tin cỡ nhỏ trên phương tiện cứng dung lượng lớn đã giúp tạo ra các máy tính điện tử cá nhân phổ thông khá rẻ tiền và có ứng dụng rất rộng rãi. trong đời sống và sản xuất hàng ngày.
Công nghệ kỹ thuật số là không thể thiếu trong các hệ thống truyền tín hiệu và điều khiển từ xa được sử dụng trong sản xuất tự động, điều khiển các vật thể ở xa, ví dụ như tàu vũ trụ, trạm bơm khí, v.v. Công nghệ kỹ thuật số cũng đã chiếm một vị trí mạnh mẽ trong các hệ thống đo điện và vô tuyến. Các thiết bị hiện đại để ghi và tái tạo tín hiệu cũng không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng các thiết bị kỹ thuật số. Các thiết bị kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi để điều khiển các thiết bị gia dụng.
Rất có khả năng các thiết bị số sẽ thống trị thị trường điện tử trong tương lai.
Đầu tiên, hãy đưa ra một số định nghĩa cơ bản.
Tín hiệu là bất kỳ đại lượng vật lý nào (ví dụ: nhiệt độ, áp suất không khí, cường độ ánh sáng, cường độ dòng điện, v.v.) thay đổi theo thời gian. Chính nhờ sự thay đổi về thời gian này mà tín hiệu có thể mang một số thông tin.
Tín hiệu điện là một đại lượng điện (ví dụ: điện áp, dòng điện, công suất) thay đổi theo thời gian. Tất cả các thiết bị điện tử chủ yếu hoạt động dựa trên tín hiệu điện, mặc dù gần đây tín hiệu ánh sáng, đại diện cho cường độ ánh sáng thay đổi theo thời gian, ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong giới hạn nhất định (ví dụ: điện áp có thể thay đổi trơn tru từ 0 đến 10 volt). Các thiết bị chỉ hoạt động với tín hiệu analog được gọi là thiết bị analog.
Tín hiệu kĩ thuật số là tín hiệu chỉ có thể nhận hai giá trị (đôi khi là ba giá trị). Hơn nữa, cho phép một số sai lệch so với các giá trị này (Hình 1.1). Ví dụ: điện áp có thể nhận hai giá trị: từ 0 đến 0,5 V (mức 0) hoặc từ 2,5 đến 5 V (mức đơn vị). Các thiết bị chỉ hoạt động với tín hiệu số được gọi là thiết bị số.
Về bản chất, hầu hết tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là chúng thay đổi liên tục trong những giới hạn nhất định. Đây là lý do tại sao các thiết bị điện tử đầu tiên đều có dạng analog. Họ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với chúng, thực hiện một số thao tác trên chúng và sau đó thực hiện các phép biến đổi nghịch đảo thành đại lượng vật lý. Ví dụ: giọng nói của một người (rung động không khí) được chuyển thành rung động điện bằng micrô, sau đó các tín hiệu điện này được khuếch đại bằng bộ khuếch đại điện tử và sử dụng hệ thống âm thanh, một lần nữa được chuyển thành rung động không khí, thành âm thanh to hơn.
Cơm. 1.1. Tín hiệu điện: analog (trái) và kỹ thuật số (phải).
Tất cả các hoạt động được thực hiện bởi các thiết bị điện tử trên tín hiệu có thể được chia thành ba nhóm lớn:
Xử lý (hoặc chuyển đổi);
Phát tin;
Kho.
Trong tất cả các trường hợp này, các tín hiệu hữu ích bị bóp méo bởi các tín hiệu ký sinh - nhiễu, nhiễu, nhiễu. Ngoài ra, khi xử lý tín hiệu (ví dụ trong quá trình khuếch đại, lọc), hình dạng của chúng cũng bị biến dạng do sự không hoàn hảo và không hoàn hảo của các thiết bị điện tử. Và khi truyền qua khoảng cách xa và trong quá trình lưu trữ, tín hiệu cũng yếu đi.
Cơm. 1.2. Biến dạng do nhiễu và nhiễu của tín hiệu analog (trái) và tín hiệu số (phải).
Trong trường hợp tín hiệu tương tự, tất cả điều này làm giảm đáng kể tín hiệu hữu ích, vì tất cả các giá trị của nó đều được cho phép (Hình 1.2). Do đó, mọi chuyển đổi, mọi bộ lưu trữ trung gian, mọi đường truyền qua cáp hoặc không khí đều làm suy giảm tín hiệu analog, thậm chí đôi khi đến mức phá hủy hoàn toàn. Chúng ta cũng phải lưu ý rằng về cơ bản, tất cả tiếng ồn, nhiễu và nhiễu đều không thể tính toán chính xác, do đó hoàn toàn không thể mô tả chính xác hoạt động của bất kỳ thiết bị analog nào. Ngoài ra, theo thời gian, các thông số của tất cả các thiết bị analog thay đổi do các phần tử bị lão hóa, do đó đặc tính của các thiết bị này không giữ nguyên.
Không giống như tín hiệu analog, tín hiệu số chỉ có hai giá trị cho phép được bảo vệ khỏi nhiễu, nhiễu và nhiễu tốt hơn nhiều. Những sai lệch nhỏ so với các giá trị cho phép không làm biến dạng tín hiệu số theo bất kỳ cách nào, vì luôn có các vùng có độ lệch cho phép (Hình 1.2). Đó là lý do tại sao tín hiệu số cho phép xử lý phức tạp và nhiều giai đoạn hơn, lưu trữ không mất dữ liệu lâu hơn và truyền chất lượng cao hơn nhiều so với tín hiệu analog. Ngoài ra, hành vi của các thiết bị kỹ thuật số luôn có thể được tính toán và dự đoán chính xác tuyệt đối. Các thiết bị kỹ thuật số ít bị lão hóa hơn nhiều vì những thay đổi nhỏ trong thông số của chúng không ảnh hưởng đến chức năng của chúng. Ngoài ra, các thiết bị kỹ thuật số dễ thiết kế và gỡ lỗi hơn. Rõ ràng là tất cả những lợi thế này đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của điện tử số.
Tuy nhiên, tín hiệu số cũng có một nhược điểm lớn. Thực tế là tín hiệu số phải duy trì ở mỗi mức cho phép trong ít nhất một khoảng thời gian tối thiểu nào đó, nếu không sẽ không thể nhận ra nó. Và tín hiệu tương tự có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong thời gian vô cùng nhỏ. Chúng ta có thể nói theo cách khác: tín hiệu tương tự được xác định theo thời gian liên tục (nghĩa là tại bất kỳ thời điểm nào) và tín hiệu số được xác định theo thời gian rời rạc (nghĩa là chỉ tại các điểm đã chọn trong thời gian). Do đó, hiệu suất tối đa có thể đạt được của các thiết bị analog về cơ bản luôn lớn hơn hiệu suất của các thiết bị kỹ thuật số. Các thiết bị analog có thể xử lý các tín hiệu thay đổi nhanh hơn các thiết bị kỹ thuật số. Tốc độ xử lý và truyền thông tin của thiết bị analog luôn có thể cao hơn tốc độ xử lý và truyền thông tin của thiết bị kỹ thuật số.
Ngoài ra, tín hiệu số chỉ truyền thông tin ở hai cấp độ và bằng cách thay đổi một trong các cấp độ của nó sang cấp độ khác, trong khi tín hiệu analog cũng truyền thông tin với từng giá trị hiện tại ở cấp độ của nó, nghĩa là nó có khả năng truyền thông tin cao hơn. Do đó, để truyền lượng thông tin hữu ích chứa trong một tín hiệu tương tự, thường phải sử dụng nhiều tín hiệu số (thường từ 4 đến 16).
Ngoài ra, như đã lưu ý, về bản chất, tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, nghĩa là để chuyển đổi chúng thành tín hiệu số và để chuyển đổi ngược lại, cần phải sử dụng các thiết bị đặc biệt (bộ chuyển đổi tương tự sang số và kỹ thuật số sang tương tự). . Vì vậy, không có gì là miễn phí và cái giá phải trả cho những lợi ích của thiết bị kỹ thuật số đôi khi có thể cao đến mức không thể chấp nhận được.
Tín hiệu được định nghĩa là điện áp hoặc dòng điện có thể được truyền dưới dạng tin nhắn hoặc thông tin. Về bản chất, tất cả các tín hiệu đều là tín hiệu tương tự, có thể là DC hoặc AC, kỹ thuật số hoặc xung. Tuy nhiên, người ta thường phân biệt giữa tín hiệu analog và tín hiệu số.
Tín hiệu số là tín hiệu đã được xử lý theo một cách nhất định và được chuyển đổi thành số. Thông thường các tín hiệu số này được kết nối với tín hiệu analog thực, nhưng đôi khi không có kết nối nào giữa chúng. Một ví dụ là truyền dữ liệu qua mạng cục bộ (LAN) hoặc các mạng tốc độ cao khác.
Trong xử lý tín hiệu số (DSP), tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành dạng nhị phân bằng một thiết bị gọi là bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Đầu ra ADC tạo ra biểu diễn nhị phân của tín hiệu tương tự, sau đó được xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu số số học (DSP). Sau khi xử lý, thông tin chứa trong tín hiệu có thể được chuyển đổi trở lại dạng tương tự bằng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC).
Một khái niệm quan trọng khác trong việc xác định tín hiệu là tín hiệu luôn mang một số thông tin. Điều này dẫn chúng ta đến một vấn đề then chốt trong xử lý tín hiệu tương tự vật lý: vấn đề truy xuất thông tin.
Mục tiêu xử lý tín hiệu
Mục đích chính của việc xử lý tín hiệu là cần có được thông tin chứa trong chúng. Thông tin này thường xuất hiện ở biên độ tín hiệu (tuyệt đối hoặc tương đối), tần số hoặc nội dung phổ, pha hoặc thời gian tương đối của nhiều tín hiệu.
Khi thông tin mong muốn đã được trích xuất từ tín hiệu, nó có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau. Trong một số trường hợp, cần định dạng lại thông tin chứa trong tín hiệu.
Cụ thể, sự thay đổi trong định dạng tín hiệu xảy ra khi truyền tín hiệu âm thanh trong hệ thống điện thoại đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Trong trường hợp này, các phương pháp tương tự được sử dụng để đặt nhiều kênh thoại trong phổ tần số để truyền qua rơle vô tuyến vi sóng, cáp đồng trục hoặc cáp quang.
Trong giao tiếp kỹ thuật số, thông tin âm thanh analog trước tiên được chuyển đổi sang kỹ thuật số bằng ADC. Thông tin kỹ thuật số đại diện cho các kênh âm thanh riêng lẻ được ghép kênh theo thời gian (đa truy cập phân chia theo thời gian, TDMA) và được truyền qua liên kết kỹ thuật số nối tiếp (như trong hệ thống PCM).
Một lý do khác để xử lý tín hiệu là nén băng thông tín hiệu (không làm mất thông tin đáng kể), sau đó là định dạng và truyền thông tin ở tốc độ giảm, cho phép thu hẹp băng thông kênh cần thiết. Modem tốc độ cao và hệ thống điều chế mã xung thích ứng (ADPCM) sử dụng rộng rãi các thuật toán loại bỏ (nén) dữ liệu dư thừa, cũng như các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số, hệ thống ghi âm MPEG và truyền hình độ phân giải cao (HDTV).
Hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu công nghiệp sử dụng thông tin nhận được từ các cảm biến để tạo ra tín hiệu phản hồi thích hợp, từ đó trực tiếp điều khiển quá trình. Xin lưu ý rằng các hệ thống này yêu cầu cả ADC và DAC, cũng như cảm biến, bộ điều hòa tín hiệu và DSP (hoặc bộ vi điều khiển).
Trong một số trường hợp, tín hiệu chứa thông tin bị nhiễu và mục tiêu chính là tái tạo lại tín hiệu. Các kỹ thuật như lọc, tự tương quan, tích chập, v.v. thường được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ này trong cả lĩnh vực tương tự và kỹ thuật số.
MỤC TIÊU XỬ LÝ TÍN HIỆU- Trích xuất thông tin tín hiệu (biên độ, pha, tần số, thành phần quang phổ, mối quan hệ thời gian)
- Chuyển đổi định dạng tín hiệu (FDMA, TDMA, CDMA)
- Nén dữ liệu (modem, điện thoại di động, HDTV, nén MPEG)
- Tạo tín hiệu phản hồi (điều khiển quy trình công nghiệp)
- Cách ly tín hiệu khỏi nhiễu (lọc, tự tương quan, tích chập)
- Cách ly và lưu trữ tín hiệu ở dạng kỹ thuật số để xử lý tiếp theo (FFT)
Điều hòa tín hiệu
Trong hầu hết các tình huống trên (liên quan đến việc sử dụng công nghệ DSP), cần có cả ADC và DAC. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chỉ cần có DAC khi tín hiệu analog có thể được tạo trực tiếp từ DSP và DAC. Một ví dụ điển hình là màn hình quét video, trong đó tín hiệu được tạo ra bằng kỹ thuật số sẽ điều khiển hình ảnh video hoặc đơn vị RAMDAC (bộ chuyển đổi mảng pixel kỹ thuật số sang tương tự).
Một ví dụ khác là âm nhạc và lời nói được tổng hợp một cách nhân tạo. Trong thực tế, việc tạo ra tín hiệu tương tự vật lý bằng các phương pháp chỉ kỹ thuật số dựa vào thông tin thu được trước đó từ các nguồn tín hiệu tương tự vật lý tương tự. Trong hệ thống hiển thị, dữ liệu trên màn hình phải truyền tải thông tin liên quan đến người vận hành. Khi thiết kế hệ thống âm thanh, các thuộc tính thống kê của âm thanh được tạo ra sẽ được chỉ định, đã được xác định trước đó thông qua việc sử dụng rộng rãi các phương pháp DSP (nguồn âm thanh, micrô, bộ tiền khuếch đại, ADC, v.v.).
Phương pháp và công nghệ xử lý tín hiệu
Tín hiệu có thể được xử lý bằng kỹ thuật tương tự (xử lý tín hiệu tương tự hoặc ASP), kỹ thuật số (xử lý tín hiệu số hoặc DSP) hoặc kết hợp các kỹ thuật tương tự và kỹ thuật số (xử lý tín hiệu hỗn hợp hoặc MSP). Trong một số trường hợp, việc lựa chọn phương pháp là rõ ràng, trong những trường hợp khác, việc lựa chọn không rõ ràng và quyết định cuối cùng dựa trên những cân nhắc nhất định.
Đối với DSP, sự khác biệt chính giữa nó và phân tích dữ liệu máy tính truyền thống là tốc độ cao và hiệu quả của các chức năng xử lý kỹ thuật số phức tạp như lọc, phân tích và nén dữ liệu theo thời gian thực.
Thuật ngữ "xử lý tín hiệu kết hợp" ngụ ý rằng hệ thống thực hiện cả xử lý tương tự và kỹ thuật số. Một hệ thống như vậy có thể được triển khai dưới dạng bảng mạch in, mạch tích hợp lai (IC) hoặc một con chip riêng biệt có các phần tử tích hợp. ADC và DAC được coi là thiết bị xử lý tín hiệu kết hợp, vì mỗi thiết bị trong số chúng thực hiện cả chức năng analog và kỹ thuật số.
Những tiến bộ gần đây trong công nghệ IC tích hợp mức độ rất cao (VLSI) cho phép xử lý phức tạp (kỹ thuật số và analog) trên một chip đơn. Bản chất của DSP có nghĩa là các chức năng này có thể được thực hiện trong thời gian thực.
So sánh xử lý tín hiệu analog và tín hiệu số
Kỹ sư ngày nay phải đối mặt với việc lựa chọn sự kết hợp thích hợp giữa kỹ thuật analog và kỹ thuật số để giải quyết vấn đề xử lý tín hiệu. Không thể xử lý tín hiệu tương tự vật lý chỉ bằng phương pháp kỹ thuật số vì tất cả các cảm biến (micro, cặp nhiệt điện, tinh thể áp điện, đầu ổ đĩa, v.v.) đều là thiết bị tương tự.
Một số loại tín hiệu yêu cầu mạch chuẩn hóa để xử lý tín hiệu tiếp theo, cả tín hiệu tương tự và kỹ thuật số. Mạch chuẩn hóa tín hiệu là bộ xử lý tương tự thực hiện các chức năng như khuếch đại, tích lũy (trong bộ khuếch đại đo và sơ bộ (đệm), phát hiện tín hiệu trên nền nhiễu (bộ khuếch đại chế độ chung có độ chính xác cao, bộ cân bằng và bộ thu tuyến tính), nén dải động ( bộ khuếch đại logarit, DAC logarit và bộ khuếch đại khuếch đại có thể lập trình) và lọc (thụ động hoặc chủ động).
Một số phương pháp thực hiện xử lý tín hiệu được hiển thị trong Hình 1. Vùng trên cùng của hình hiển thị một cách tiếp cận hoàn toàn tương tự. Các khu vực còn lại mô tả việc triển khai DSP. Lưu ý rằng khi công nghệ DSP đã được chọn, quyết định tiếp theo phải là xác định vị trí ADC trong đường dẫn xử lý tín hiệu.
XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG VÀ KỸ THUẬT SỐ
Hình 1. Phương pháp xử lý tín hiệu
Nói chung, do ADC được di chuyển đến gần cảm biến hơn nên hầu hết việc xử lý tín hiệu tương tự hiện nay đều do ADC thực hiện. Việc tăng khả năng của ADC có thể được thể hiện bằng việc tăng tốc độ lấy mẫu, mở rộng dải động, tăng độ phân giải, cắt nhiễu đầu vào, sử dụng bộ lọc đầu vào và bộ khuếch đại lập trình (PGA), sự hiện diện của tham chiếu điện áp trên chip, v.v. Tất cả các bổ sung được đề cập đều làm tăng mức độ chức năng và đơn giản hóa hệ thống.
Với các công nghệ hiện đại có sẵn để sản xuất DAC và ADC với tốc độ lấy mẫu và độ phân giải cao, đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc tích hợp ngày càng nhiều mạch trực tiếp vào ADC/DAC.
Ví dụ, trong ngành đo lường, có các ADC 24 bit với bộ khuếch đại lập trình tích hợp (PGA) cho phép tín hiệu cầu 10 mV quy mô đầy đủ được số hóa trực tiếp mà không cần chuẩn hóa tiếp theo (ví dụ: dòng AD773x).
Ở tần số giọng nói và âm thanh, các thiết bị mã hóa-giải mã phức tạp là phổ biến - codec (Analog Front End, AFE), có mạch tương tự được tích hợp trong chip đáp ứng các yêu cầu tối thiểu cho các thành phần chuẩn hóa bên ngoài (AD1819B và AD73322).
Ngoài ra còn có codec video (AFE) dành cho các ứng dụng như xử lý hình ảnh CCD và các ứng dụng khác (chẳng hạn như dòng AD9814, AD9816 và AD984X).
Ví dụ triển khai
Để làm ví dụ về việc sử dụng DSP, hãy so sánh các bộ lọc thông thấp tương tự và kỹ thuật số (LPF), mỗi bộ lọc có tần số cắt là 1 kHz.
Bộ lọc số được triển khai như một hệ thống số điển hình, được minh họa trong Hình 2. Lưu ý rằng sơ đồ đưa ra một số giả định ngầm định. Đầu tiên, để xử lý chính xác tín hiệu, giả sử đường dẫn ADC/DAC có đủ các giá trị về tần số lấy mẫu, độ phân giải và dải động. Thứ hai, để hoàn thành tất cả các phép tính trong khoảng thời gian lấy mẫu (1/f s), thiết bị DSP phải đủ nhanh. Thứ ba, ở đầu vào ADC và đầu ra DAC vẫn cần có các bộ lọc tương tự để hạn chế và khôi phục phổ tín hiệu (bộ lọc khử răng cưa và bộ lọc chống hình ảnh), mặc dù yêu cầu về hiệu suất của chúng thấp. Với những giả định này, các bộ lọc kỹ thuật số và analog có thể được so sánh.
Hình 2. Sơ đồ khối của bộ lọc số
Tần số cắt yêu cầu cho cả hai bộ lọc là 1 kHz. Chuyển đổi tương tự được thực hiện theo loại thứ sáu đầu tiên (được đặc trưng bởi sự hiện diện của các gợn sóng hệ số truyền trong băng thông và không có các gợn sóng bên ngoài băng thông). Các đặc tính của nó được trình bày trong Hình 2. Trong thực tế, bộ lọc này có thể được biểu diễn bằng ba bộ lọc bậc hai, mỗi bộ lọc được xây dựng trên một bộ khuếch đại hoạt động và một số tụ điện. Sử dụng các hệ thống thiết kế bộ lọc có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) hiện đại, việc tạo bộ lọc bậc sáu khá dễ dàng, nhưng việc đáp ứng thông số kỹ thuật về độ phẳng 0,5 dB đòi hỏi phải lựa chọn thành phần chính xác.
Bộ lọc FIR kỹ thuật số 129 hệ số được hiển thị trong Hình 2 có độ phẳng băng thông chỉ 0,002 dB, đáp ứng pha tuyến tính và độ dốc lớn hơn nhiều. Trong thực tế, những đặc điểm như vậy không thể được nhận ra bằng các phương pháp tương tự. Một ưu điểm rõ ràng khác của mạch là bộ lọc kỹ thuật số không yêu cầu lựa chọn các thành phần và không bị trôi tham số, do tần số xung nhịp của bộ lọc được ổn định bằng bộ cộng hưởng thạch anh. Một bộ lọc có 129 hệ số yêu cầu 129 phép toán tích lũy nhân (MAC) để tính mẫu đầu ra. Những tính toán này phải được hoàn thành trong khoảng thời gian lấy mẫu 1/fs để đảm bảo hoạt động theo thời gian thực. Trong ví dụ này, tốc độ lấy mẫu là 10 kHz, do đó thời gian xử lý 100 μs là đủ trừ khi cần tính toán bổ sung đáng kể. Dòng DSP ADSP-21xx có thể hoàn thành toàn bộ quá trình tích lũy nhân (và các chức năng khác cần thiết để triển khai bộ lọc) trong một chu kỳ lệnh đơn. Do đó, bộ lọc có 129 hệ số yêu cầu tốc độ lớn hơn 129/100 μs = 1,3 triệu lệnh mỗi giây (MIPS). DSP hiện tại nhanh hơn nhiều và do đó không phải là yếu tố hạn chế đối với các ứng dụng này. Dòng ADSP-218x điểm cố định 16 bit mang lại hiệu suất lên tới 75MIPS. Liệt kê 1 hiển thị mã lắp ráp thực hiện bộ lọc trên các bộ xử lý DSP thuộc họ ADSP-21xx. Lưu ý rằng các dòng mã thực thi thực tế được đánh dấu bằng mũi tên; phần còn lại là bình luận.
Hình 3. Bộ lọc analog và kỹ thuật số
Tất nhiên, trong thực tế có nhiều yếu tố khác được xem xét khi so sánh các bộ lọc analog và digital hoặc các phương pháp xử lý tín hiệu analog và digital nói chung. Các hệ thống xử lý tín hiệu hiện đại kết hợp các phương pháp tương tự và kỹ thuật số để thực hiện chức năng mong muốn và tận dụng các phương pháp tốt nhất, cả tương tự và kỹ thuật số.
CHƯƠNG TRÌNH HỘI:
BỘ LỌC FIR CHO ADSP-21XX (ĐỘ CHÍNH XÁC ĐƠN)
MODULE linh sam_sub; ( Chương trình con bộ lọc FIR Tham số lệnh gọi chương trình con I0 --> Dữ liệu cũ nhất trong dòng trễ I4 --> Bắt đầu bảng hệ số bộ lọc L0 = Độ dài bộ lọc (N) L4 = Độ dài bộ lọc (N) M1,M5 = 1 CNTR = Độ dài bộ lọc - 1 (N-1) Trả về giá trị MR1 = Kết quả tính tổng (làm tròn và giới hạn) I0 --> Dữ liệu cũ nhất trong dòng trễ I4 --> Bắt đầu bảng hệ số bộ lọc Các thanh ghi biến MX0,MY0,MR Thời gian chạy (N - 1) + 6 chu kỳ = N + 5 chu kỳ Tất cả các hệ số đều được viết dưới dạng 1.15).ENTRY Fir; linh sam: MR=0, MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5) CNTR = N-1; LÀM tích chập ĐẾN CE; tích chập: MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5); MR=MR+MX0*MY0(RND); NẾU MV SAT MR; RTS; .ENDMOD; XỬ LÝ TÍN HIỆU THỜI GIAN THỰC
Văn học:
Cùng với bài viết “Các loại tín hiệu” đọc:
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. 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 (đặc biệt 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.
Hàng ngày con người phải đối mặt với việc sử dụng các thiết bị điện tử. Cuộc sống hiện đại là không thể nếu không có họ. Rốt cuộc, chúng ta đang nói về TV, radio, máy tính, điện thoại, máy đa năng, v.v. Trước đây, chỉ vài năm trước, không ai nghĩ đến tín hiệu nào được sử dụng trong mỗi thiết bị làm việc. Hiện nay các từ “analog”, “kỹ thuật số”, “rời rạc” đã có từ rất lâu. Một số loại tín hiệu được liệt kê có chất lượng cao và đáng tin cậy.
Truyền dẫn kỹ thuật số được sử dụng muộn hơn nhiều so với analog. Điều này là do tín hiệu như vậy dễ duy trì hơn nhiều và công nghệ vào thời điểm đó chưa được cải tiến nhiều.
Mỗi người luôn gặp phải khái niệm “sự rời rạc”. Nếu bạn dịch từ này từ tiếng Latin, nó sẽ có nghĩa là “sự gián đoạn”. Đi sâu vào khoa học, chúng ta có thể nói rằng tín hiệu rời rạc là một phương thức truyền thông tin, hàm ý sự thay đổi về thời gian của môi trường sóng mang. Cái sau lấy bất kỳ giá trị nào từ tất cả những gì có thể. Giờ đây, sự khác biệt đang mờ dần sau khi quyết định sản xuất hệ thống trên chip được đưa ra. Chúng mang tính tổng thể và tất cả các thành phần đều tương tác chặt chẽ với nhau. Trong sự rời rạc, mọi thứ hoàn toàn ngược lại - từng chi tiết được hoàn thiện và kết nối với những chi tiết khác thông qua các đường truyền thông đặc biệt.
Tín hiệu
Tín hiệu là một mã đặc biệt được truyền vào không gian bởi một hoặc nhiều hệ thống. Công thức này là chung chung.
Trong lĩnh vực thông tin và truyền thông, tín hiệu là vật mang dữ liệu đặc biệt được sử dụng để truyền tải thông điệp. Nó có thể được tạo ra nhưng không được chấp nhận; điều kiện sau là không cần thiết. Nếu tín hiệu là một tin nhắn thì việc “bắt” nó được coi là cần thiết.
Mã được mô tả được chỉ định bởi một hàm toán học. Nó mô tả tất cả những thay đổi có thể có trong các tham số. Trong lý thuyết kỹ thuật vô tuyến, mô hình này được coi là cơ bản. Trong đó, nhiễu được gọi là tín hiệu tương tự. Nó đại diện cho một hàm của thời gian tương tác tự do với mã được truyền và làm biến dạng nó.
Bài viết mô tả các loại tín hiệu: rời rạc, analog và kỹ thuật số. Lý thuyết cơ bản về chủ đề được mô tả cũng được đưa ra ngắn gọn.
Các loại tín hiệu
Có một số tín hiệu có sẵn. Chúng ta hãy xem có những loại nào.
- Dựa trên môi trường vật lý của vật mang dữ liệu, chúng được chia thành các tín hiệu điện, quang, âm thanh và điện từ. Ngoài ra còn có một số loài khác nhưng ít được biết đến.
- Theo phương pháp cài đặt, tín hiệu được chia thành thường xuyên và không đều. Đầu tiên là các phương pháp truyền dữ liệu xác định, được xác định bởi chức năng phân tích. Các giá trị ngẫu nhiên được xây dựng bằng lý thuyết xác suất và chúng cũng nhận bất kỳ giá trị nào ở các khoảng thời gian khác nhau.
- Tùy thuộc vào các chức năng mô tả tất cả các tham số tín hiệu, các phương thức truyền dữ liệu có thể là tương tự, rời rạc, kỹ thuật số (một phương pháp được lượng tử hóa theo mức). Chúng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị điện.
Bây giờ người đọc đã biết tất cả các loại truyền tín hiệu. Sẽ không khó để bất cứ ai hiểu chúng, điều chính yếu là suy nghĩ một chút và ghi nhớ khóa học vật lý ở trường.
Tại sao tín hiệu được xử lý?
Tín hiệu được xử lý để truyền và nhận thông tin được mã hóa trong đó. Sau khi được chiết xuất, nó có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau. Trong một số trường hợp, nó sẽ được định dạng lại.
Có một lý do khác để xử lý tất cả các tín hiệu. Nó bao gồm việc nén nhẹ tần số (để không làm hỏng thông tin). Sau đó, nó được định dạng và truyền ở tốc độ chậm.
Tín hiệu tương tự và kỹ thuật số sử dụng các kỹ thuật đặc biệt. Đặc biệt là lọc, tích chập, tương quan. Chúng là cần thiết để khôi phục tín hiệu nếu nó bị hỏng hoặc bị nhiễu.
Sáng tạo và hình thành
Thông thường, cần có bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) để tạo tín hiệu. Thông thường, cả hai đều chỉ được sử dụng trong các tình huống sử dụng công nghệ DSP. Trong các trường hợp khác, chỉ sử dụng DAC mới làm được.
Khi tạo mã tương tự vật lý bằng cách sử dụng nhiều hơn các phương pháp kỹ thuật số, chúng dựa vào thông tin nhận được được truyền từ các thiết bị đặc biệt.
Dải động
Nó được tính bằng sự chênh lệch giữa mức âm lượng cao hơn và thấp hơn, được biểu thị bằng decibel. Nó hoàn toàn phụ thuộc vào công việc và đặc điểm của hiệu suất. Chúng ta đang nói về cả những bản nhạc và những cuộc đối thoại thông thường giữa con người với nhau. Ví dụ: nếu chúng ta lấy một phát thanh viên đọc tin tức thì dải động của anh ta dao động trong khoảng 25-30 dB. Và khi đọc bất kỳ tác phẩm nào, nó có thể tăng lên 50 dB.
Tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự là phương pháp truyền dữ liệu liên tục theo thời gian. Nhược điểm của nó là có nhiễu, đôi khi dẫn đến mất thông tin hoàn toàn. Rất thường xảy ra các tình huống không thể xác định được dữ liệu quan trọng nằm ở đâu trong mã và ở đâu có những biến dạng thông thường.
Chính vì điều này mà việc xử lý tín hiệu số đã trở nên phổ biến rộng rãi và đang dần thay thế tín hiệu analog.
Tín hiệu kĩ thuật số
Tín hiệu số rất đặc biệt, nó được mô tả bằng các hàm rời rạc. Biên độ của nó có thể nhận một giá trị nhất định từ những giá trị đã được chỉ định. Nếu tín hiệu tương tự có khả năng đến với lượng nhiễu lớn thì tín hiệu số sẽ lọc hầu hết nhiễu nhận được.
Ngoài ra, kiểu truyền dữ liệu này truyền tải thông tin mà không cần tải ngữ nghĩa không cần thiết. Một số mã có thể được gửi cùng lúc thông qua một kênh vật lý.
Không có loại tín hiệu số nào vì nó nổi bật như một phương thức truyền dữ liệu riêng biệt và độc lập. Nó đại diện cho một luồng nhị phân. Ngày nay, tín hiệu này được coi là phổ biến nhất. Điều này là do dễ sử dụng.
Ứng dụng tín hiệu số
Tín hiệu điện kỹ thuật số khác với những tín hiệu khác như thế nào? Thực tế là anh ta có khả năng thực hiện tái tạo hoàn toàn trong bộ lặp. Khi một tín hiệu có độ nhiễu nhỏ nhất đến thiết bị liên lạc, nó sẽ ngay lập tức chuyển sang dạng kỹ thuật số. Ví dụ, điều này cho phép tháp truyền hình tạo lại tín hiệu nhưng không có hiệu ứng nhiễu.
Nếu mã đến với độ biến dạng lớn thì thật không may, nó không thể được khôi phục. Nếu chúng ta so sánh thông tin liên lạc tương tự, thì trong tình huống tương tự, bộ lặp có thể trích xuất một phần dữ liệu, tiêu tốn rất nhiều năng lượng.
Khi thảo luận về thông tin liên lạc di động ở các định dạng khác nhau, nếu đường truyền kỹ thuật số bị biến dạng mạnh thì gần như không thể nói chuyện vì không thể nghe được từ hoặc toàn bộ cụm từ. Trong trường hợp này, giao tiếp analog sẽ hiệu quả hơn vì bạn có thể tiếp tục tiến hành một cuộc đối thoại.
Chính vì những vấn đề như vậy mà các bộ lặp thường xuyên tạo thành tín hiệu số để giảm khoảng cách trên đường truyền.
Tín hiệu rời rạc
Ngày nay, mọi người đều sử dụng điện thoại di động hoặc một loại “trình quay số” nào đó trên máy tính của mình. Một trong những nhiệm vụ của thiết bị hoặc phần mềm là truyền tín hiệu, trong trường hợp này là luồng giọng nói. Để truyền sóng liên tục, cần có kênh có mức thông lượng cao nhất. Đó là lý do tại sao quyết định sử dụng tín hiệu rời rạc được đưa ra. Nó không tự tạo ra làn sóng mà tạo ra diện mạo kỹ thuật số của nó. Tại sao? Bởi vì việc truyền tải đến từ công nghệ (ví dụ: điện thoại hoặc máy tính). Ưu điểm của loại hình chuyển giao thông tin này là gì? Với sự trợ giúp của nó, tổng lượng dữ liệu được truyền sẽ giảm đi và việc tổ chức gửi hàng loạt cũng dễ dàng hơn.
Khái niệm “lấy mẫu” từ lâu đã được sử dụng đều đặn trong công nghệ máy tính. Nhờ tín hiệu này, thông tin không được truyền liên tục mà được mã hóa hoàn toàn bằng các ký hiệu và chữ cái đặc biệt mà dữ liệu được thu thập trong các khối đặc biệt. Chúng là những hạt riêng biệt và hoàn chỉnh. Phương thức mã hóa này từ lâu đã bị đẩy xuống nền nhưng vẫn chưa biến mất hoàn toàn. Nó có thể được sử dụng để dễ dàng truyền tải những mẩu thông tin nhỏ.
So sánh tín hiệu số và tín hiệu analog
Khi mua thiết bị, hầu như không ai nghĩ đến loại tín hiệu nào được sử dụng trong thiết bị này hay thiết bị kia, và thậm chí còn hơn thế nữa về môi trường và tính chất của chúng. Nhưng đôi khi bạn vẫn phải hiểu các khái niệm.
Từ lâu, rõ ràng là công nghệ analog đang mất dần nhu cầu vì việc sử dụng chúng không hợp lý. Đổi lại là truyền thông kỹ thuật số. Chúng ta cần hiểu những gì chúng ta đang nói và những gì nhân loại đang từ chối.
Nói tóm lại, tín hiệu tương tự là một phương thức truyền thông tin liên quan đến việc mô tả dữ liệu theo các hàm liên tục của thời gian. Trên thực tế, nói một cách cụ thể, biên độ dao động có thể bằng bất kỳ giá trị nào trong giới hạn nhất định.
Xử lý tín hiệu số được mô tả bằng các hàm thời gian rời rạc. Nói cách khác, biên độ dao động của phương pháp này bằng các giá trị được xác định nghiêm ngặt.
Đi từ lý thuyết đến thực hành, phải nói rằng tín hiệu analog có đặc điểm là nhiễu. Không có vấn đề nào như vậy với kỹ thuật số, bởi vì nó đã “làm phẳng” chúng thành công. Nhờ các công nghệ mới, phương pháp truyền dữ liệu này có khả năng tự khôi phục toàn bộ thông tin ban đầu mà không cần sự can thiệp của nhà khoa học.
Nói về truyền hình, chúng ta có thể tự tin nói rằng: truyền dẫn tương tự đã không còn hữu dụng từ lâu. Hầu hết người tiêu dùng đang chuyển sang tín hiệu số. Nhược điểm của phương pháp thứ hai là trong khi bất kỳ thiết bị nào cũng có thể nhận được đường truyền analog, thì phương pháp hiện đại hơn chỉ yêu cầu thiết bị đặc biệt. Mặc dù nhu cầu về phương pháp lỗi thời đã giảm từ lâu nhưng những loại tín hiệu này vẫn chưa thể biến mất hoàn toàn khỏi cuộc sống hàng ngày.
