Sự khác biệt giữa thông tin tương tự và thông tin rời rạc là gì? Tín hiệu tương tự

Một người nói chuyện điện thoại hàng ngày, xem nhiều kênh truyền hình khác nhau, nghe nhạc và lướt Internet. Tất cả các môi trường truyền thông và thông tin khác đều dựa trên việc truyền các loại tín hiệu khác nhau. Nhiều người đặt câu hỏi về việc thông tin analog khác với các loại dữ liệu khác như thế nào, tín hiệu số là gì. Câu trả lời cho chúng có thể thu được bằng cách hiểu định nghĩa của các tín hiệu điện khác nhau và nghiên cứu sự khác biệt cơ bản giữa chúng.

Tín hiệu tương tự

Tín hiệu tương tự (liên tục) là tín hiệu thông tin tự nhiên có một số tham số nhất định được mô tả bằng hàm thời gian và một tập hợp liên tục tất cả các giá trị có thể.

Các giác quan của con người nắm bắt mọi thông tin từ môi trường ở dạng tương tự. Ví dụ, nếu một người nhìn thấy một chiếc xe tải đi qua gần đó, thì chuyển động của nó sẽ được quan sát và thay đổi liên tục. Nếu bộ não nhận được thông tin về chuyển động của các phương tiện cứ sau 15 giây thì con người sẽ luôn rơi vào bánh xe của nó. Một người đánh giá khoảng cách ngay lập tức và tại mỗi thời điểm, nó được xác định và khác nhau.

Điều tương tự cũng xảy ra với các thông tin khác - mọi người nghe thấy âm thanh và đánh giá âm lượng của nó, đánh giá chất lượng tín hiệu video, v.v. Theo đó, tất cả các loại dữ liệu đều có bản chất tương tự và liên tục thay đổi.

Trên một ghi chú. Tín hiệu tương tự và kỹ thuật số có liên quan đến việc truyền lời nói của người đối thoại giao tiếp qua điện thoại; Internet hoạt động trên cơ sở trao đổi các kênh tín hiệu này qua cáp mạng. Những loại tín hiệu này có bản chất là điện.

Tín hiệu tương tự được mô tả bằng hàm thời gian toán học tương tự như sóng hình sin. Ví dụ: nếu bạn thực hiện các phép đo về nhiệt độ nước, làm nóng và làm mát định kỳ, thì biểu đồ của hàm sẽ hiển thị một đường liên tục phản ánh giá trị của nó trong từng khoảng thời gian.

Để tránh nhiễu, các tín hiệu đó phải được khuếch đại bằng các phương tiện và thiết bị đặc biệt. Nếu mức độ nhiễu tín hiệu cao thì cần phải khuếch đại nhiều hơn. Quá trình này đi kèm với sự tiêu tốn năng lượng lớn. Ví dụ, một tín hiệu vô tuyến được khuếch đại thường có thể gây nhiễu cho các kênh liên lạc khác.

Thật thú vị khi biết. Tín hiệu tương tự trước đây được sử dụng trong tất cả các loại thông tin liên lạc. Tuy nhiên, hiện nay nó đang được thay thế ở mọi nơi hoặc đã được thay thế (thông tin di động và Internet) bằng các tín hiệu số tiên tiến hơn.

Truyền hình analog và kỹ thuật số vẫn cùng tồn tại, nhưng loại hình truyền hình và phát thanh kỹ thuật số đang nhanh chóng thay thế phương thức truyền dữ liệu analog do những ưu điểm vượt trội của nó.

Để mô tả loại tín hiệu thông tin này, ba tham số chính được sử dụng:

Tính thường xuyên;
chiều dài sóng;
biên độ.

Nhược điểm của tín hiệu analog

Tín hiệu tương tự có các đặc tính sau, cho thấy sự khác biệt của chúng so với phiên bản kỹ thuật số:

Loại tín hiệu này được đặc trưng bởi sự dư thừa. Nghĩa là, thông tin tương tự trong chúng không được lọc - chúng mang nhiều dữ liệu thông tin không cần thiết. Tuy nhiên, có thể truyền thông tin qua bộ lọc khi biết các thông số bổ sung và bản chất của tín hiệu, chẳng hạn như sử dụng phương pháp tần số;
Sự an toàn. Anh ta gần như hoàn toàn bất lực trước sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài;
Sự bất lực tuyệt đối trước các loại can thiệp. Nếu có bất kỳ nhiễu nào được áp dụng trên kênh truyền dữ liệu, nó sẽ được truyền đi bởi bộ thu tín hiệu;
Không có sự phân biệt cụ thể về mức độ lấy mẫu - chất lượng và số lượng thông tin được truyền đi không bị giới hạn dưới bất kỳ hình thức nào.

Các đặc tính trên là nhược điểm của phương pháp truyền dữ liệu tương tự, trên cơ sở đó nó có thể được coi là hoàn toàn lỗi thời.

Tín hiệu số và tín hiệu rời rạc

Tín hiệu số là tín hiệu thông tin nhân tạo, được biểu diễn dưới dạng các giá trị số thông thường mô tả các thông số cụ thể của thông tin được truyền đi.

Để biết thông tin. Ngày nay, luồng bit dễ mã hóa được sử dụng chủ yếu - tín hiệu số nhị phân. Đây là loại có thể được sử dụng trong điện tử nhị phân.

Sự khác biệt giữa kiểu truyền dữ liệu kỹ thuật số và phiên bản tương tự là tín hiệu như vậy có một số giá trị cụ thể. Trong trường hợp luồng bit, có hai trong số đó: “0” và “1”.

Sự chuyển đổi từ 0 sang mức tối đa trong tín hiệu số diễn ra đột ngột, cho phép thiết bị thu đọc rõ hơn. Nếu xảy ra nhiễu và nhiễu nhất định, bộ thu sẽ dễ dàng giải mã tín hiệu điện kỹ thuật số hơn so với truyền thông tin analog.

Tuy nhiên, tín hiệu số khác với phiên bản analog ở một nhược điểm: với mức độ nhiễu cao, chúng không thể được khôi phục nhưng có thể trích xuất thông tin từ tín hiệu liên tục. Một ví dụ về điều này là một cuộc trò chuyện qua điện thoại giữa hai người, trong đó toàn bộ từ và thậm chí cả cụm từ của một trong những người đối thoại có thể biến mất.

Hiệu ứng này trong môi trường kỹ thuật số được gọi là hiệu ứng ngắt, có thể được cục bộ hóa bằng cách giảm độ dài của đường truyền hoặc cài đặt bộ lặp, sao chép hoàn toàn loại tín hiệu ban đầu và truyền đi xa hơn.

Thông tin tương tự có thể được truyền qua các kênh kỹ thuật số sau khi trải qua quá trình số hóa bằng các thiết bị đặc biệt. Quá trình này được gọi là chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Quá trình này cũng có thể được đảo ngược - chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC). Một ví dụ về thiết bị DAC là đầu thu TV kỹ thuật số.

Các hệ thống kỹ thuật số còn được phân biệt bởi khả năng mã hóa và mã hóa dữ liệu, điều này đã trở thành một lý do quan trọng cho việc số hóa thông tin di động và Internet.

Tín hiệu rời rạc

Có một loại thông tin thứ ba – rời rạc. Tín hiệu loại này không liên tục và thay đổi theo thời gian, nhận bất kỳ giá trị nào có thể có (được quy định trước).

Truyền thông tin rời rạc được đặc trưng bởi thực tế là những thay đổi xảy ra theo ba kịch bản:

Tín hiệu điện chỉ thay đổi theo thời gian, liên tục (không thay đổi) về độ lớn;
Nó chỉ thay đổi về độ lớn trong khi vẫn liên tục về mặt thời gian;
Nó cũng có thể thay đổi đồng thời cả về cường độ và thời gian.

Tính rời rạc đã được ứng dụng trong việc truyền tải hàng loạt lượng lớn dữ liệu trong hệ thống máy tính.

Bất kỳ tín hiệu nào, analog hay kỹ thuật số, đều là dao động điện từ lan truyền ở một tần số nhất định, tùy thuộc vào tín hiệu nào được truyền đi, thiết bị nhận tín hiệu này sẽ chuyển nó thành thông tin văn bản, đồ họa hoặc âm thanh thuận tiện cho người dùng hoặc thiết bị nhận biết chính nó. Ví dụ: tín hiệu truyền hình hoặc đài phát thanh, tháp hoặc đài phát thanh có thể truyền cả tín hiệu analog và hiện tại là tín hiệu số. Thiết bị thu khi nhận tín hiệu này sẽ chuyển đổi nó thành hình ảnh hoặc âm thanh, bổ sung thông tin văn bản (máy thu radio hiện đại).

Âm thanh được truyền ở dạng tương tự và thông qua thiết bị thu, được chuyển thành các rung động điện từ và như đã đề cập, các rung động lan truyền ở một tần số nhất định. Tần số âm thanh càng cao thì độ rung càng cao, đồng nghĩa với việc âm thanh phát ra sẽ to hơn. Nói chung, tín hiệu tương tự truyền liên tục, trong khi tín hiệu số truyền không liên tục (rời rạc).

Do tín hiệu tương tự lan truyền liên tục nên các dao động được tổng hợp lại và tần số sóng mang xuất hiện ở đầu ra, trong trường hợp này là tần số chính và máy thu được điều chỉnh theo nó. Trong chính máy thu, tần số này được tách biệt khỏi các rung động khác đã được chuyển đổi thành âm thanh. Những nhược điểm rõ ràng của việc truyền sử dụng tín hiệu tương tự bao gồm lượng nhiễu lớn, độ bảo mật thấp của tín hiệu được truyền cũng như một lượng lớn thông tin được truyền, một số trong đó là không cần thiết.

Nếu chúng ta nói về tín hiệu số, trong đó dữ liệu được truyền đi một cách riêng biệt, thì cần nêu bật những ưu điểm rõ ràng của nó:

mức độ bảo vệ cao đối với thông tin được truyền do mã hóa của nó;
dễ dàng thu tín hiệu số;
không có tiếng ồn bên ngoài;
phát sóng kỹ thuật số có thể cung cấp một số lượng lớn các kênh;
chất lượng truyền cao - tín hiệu số cung cấp khả năng lọc dữ liệu nhận được;

Để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và ngược lại, các thiết bị đặc biệt được sử dụng - bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC). ADC được cài đặt trong máy phát, DAC được cài đặt trong máy thu và chuyển đổi tín hiệu rời rạc thành tín hiệu tương tự.

Về bảo mật, tại sao tín hiệu số lại an toàn hơn tín hiệu analog? Tín hiệu số được truyền đi ở dạng mã hóa và thiết bị nhận tín hiệu phải có mã để giải mã tín hiệu. Cũng cần lưu ý rằng ADC cũng có thể truyền địa chỉ kỹ thuật số của máy thu; nếu tín hiệu bị chặn, sẽ không thể giải mã hoàn toàn vì thiếu một phần mã - phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong thông tin di động.

Tóm lại, sự khác biệt chính giữa tín hiệu analog và tín hiệu số là cấu trúc của tín hiệu được truyền. Tín hiệu tương tự là một dòng dao động liên tục với biên độ và tần số khác nhau. Tín hiệu số bao gồm các dao động rời rạc, giá trị của chúng phụ thuộc vào môi trường truyền.

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 thông tin - quy trình vật lý dành cho một người hoặc thiết bị kỹ thuật thông tin nghĩa. Nó có thể liên tục (analog) hoặc rời rạc

Thuật ngữ “tín hiệu” thường được đồng nhất với các khái niệm “dữ liệu” và “thông tin”. Thật vậy, những khái niệm này có mối liên hệ với nhau và không tồn tại cái này mà không thuộc những phạm trù khác nhau.

Tín hiệu là một chức năng thông tin mang thông điệp về các đặc tính vật lý, trạng thái hoặc hành vi của bất kỳ hệ thống, đối tượng hoặc môi trường vật lý nào và mục đích xử lý tín hiệu có thể được coi là trích xuất thông tin thông tin nhất định được hiển thị trong các tín hiệu này (trong ngắn - hữu ích hoặc thông tin mục tiêu) và chuyển đổi thông tin này dưới dạng thuận tiện cho việc nhận thức và sử dụng sau này.

Thông tin được truyền đi dưới dạng tín hiệu. Tín hiệu là một quá trình vật lý mang thông tin. Tín hiệu có thể là âm thanh, ánh sáng, dưới dạng thư, v.v.

Tín hiệu là vật mang thông tin vật chất được truyền từ nguồn đến người tiêu dùng. Nó có thể rời rạc và liên tục (tương tự)

Tín hiệu tương tự- 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.

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 các đại lượng vật lý tương ứng: (đường thẳng: điện áp; đường 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 trong các không gian đa chiều khác nhau: màu sắc, tín hiệu điều chế cầu phương.)

Các đặc tính của tín hiệu analog phần lớn là tính chất trái ngược nhau của lượng tử hóa hoặc kỹ thuật số tín hiệu.

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.

Tín hiệu rời rạc bao gồm một tập hợp có thể đếm được (tức là một tập hợp có thể đếm được các phần tử) của các phần tử (họ nói - phần tử thông tin). Ví dụ, tín hiệu “cục gạch” là rời rạc. Nó bao gồm hai phần tử sau (đây là đặc điểm cú pháp của tín hiệu này): một hình tròn màu đỏ và một hình chữ nhật màu trắng bên trong hình tròn, nằm ở giữa theo chiều ngang. Thông tin mà người đọc hiện đang nắm vững được trình bày dưới dạng tín hiệu rời rạc. Bạn có thể phân biệt các thành phần sau: các phần (ví dụ: “Thông tin”), các phần phụ (ví dụ: “Thuộc tính”), đoạn văn, câu, cụm từ riêng lẻ, từ và ký tự riêng lẻ (chữ cái, số, dấu chấm câu, v.v.). Ví dụ này cho thấy rằng tùy thuộc vào tính thực dụng của tín hiệu, có thể phân biệt được các thành phần thông tin khác nhau. Trên thực tế, đối với một người nghiên cứu khoa học máy tính từ một văn bản nhất định, các phần tử thông tin lớn hơn, chẳng hạn như các phần, tiểu mục và các đoạn riêng lẻ đều rất quan trọng. Chúng cho phép anh ta điều hướng cấu trúc của tài liệu dễ dàng hơn, tiếp thu nó tốt hơn và chuẩn bị cho kỳ thi. Đối với người chuẩn bị tài liệu phương pháp luận này, ngoài các yếu tố thông tin được chỉ định, những yếu tố thông tin nhỏ hơn cũng rất quan trọng, chẳng hạn như các câu riêng lẻ, với sự trợ giúp của ý tưởng này hoặc ý tưởng kia được trình bày và thực hiện phương pháp tiếp cận này hoặc phương pháp kia. vật liệu. Tập hợp các phần tử nhỏ nhất của tín hiệu rời rạc được gọi là bảng chữ cái và bản thân tín hiệu rời rạc cũng được gọi là tin nhắn.

Lấy mẫu là sự chuyển đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc (kỹ thuật số).

Sự khác biệt giữa biểu diễn thông tin rời rạc và liên tục có thể thấy rõ trong ví dụ về đồng hồ. Trong đồng hồ điện tử có mặt số kỹ thuật số, thông tin được trình bày một cách riêng biệt - bằng các con số, mỗi thông tin này khác nhau rõ ràng. Trong đồng hồ cơ có mặt số con trỏ, thông tin được hiển thị liên tục - vị trí của hai kim và hai vị trí khác nhau của kim không phải lúc nào cũng có thể phân biệt rõ ràng (đặc biệt nếu không có vạch phút trên mặt số).

Tín hiệu liên tục– được phản ánh bởi một số đại lượng vật lý thay đổi trong một khoảng thời gian nhất định, ví dụ như âm sắc hoặc cường độ âm thanh. Thông tin này được trình bày dưới dạng tín hiệu liên tục cho những sinh viên - người tiêu dùng tham gia các bài giảng khoa học máy tính và cảm nhận tài liệu thông qua sóng âm thanh (hay nói cách khác là giọng nói của giảng viên), có tính chất liên tục.

Như chúng ta sẽ thấy sau, tín hiệu rời rạc dễ chuyển đổi hơn và do đó có lợi thế hơn tín hiệu liên tục. Đồng thời, trong các hệ thống kỹ thuật và trong các quy trình thực tế, tín hiệu liên tục chiếm ưu thế. Điều này buộc chúng tôi phải phát triển các cách để chuyển đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc.\

Để chuyển một tín hiệu liên tục thành một tín hiệu rời rạc, một thủ tục được gọi là lượng tử hóa.

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.

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.

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 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.