Чем отличается непрерывный сигнал от дискретного кратко

Что ты хочешь узнать?

Ответ

1.Непрерывный сигнал определяется в любое время и принимает все значения в пределах своего диапазона значений. Дискретный сигнал определяется только в определенные моменты времени (квантование времени, решетчатая функция), или его значение может принимать только определенные значения (квантование уровня, ступенчатая функция).
2 Частота дискретизации непрерывного сигнала в момент его выборки. Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале.
3.
Несжатые аудиоформаты, такие как WAV, AIFF

Сжатые без потерь аудиоформаты, такие как APE, FLAC

Аудиоформаты со сжатием с потерями (MP3)
4 Существует 3 этапа кодирования видеоданных.

Первый этап — подготовка видеоданных;

Второй этап — сжатие видеоданных;

Третий этап — квантификация.
5 Видеофайл MPEG-4, файл Windows Media, файл Windows Video, файл Adobe Flash Media.

Аналоговый сигнал — это непрерывный поток данных (информации) во времени, характеристики которого (напряжение, ток, мощность, давление звуковой волны и т.д.) изменяются и принимают все возможные значения. Несмотря на большое количество недостатков и постепенное вытеснение аналогового сигнала цифровым, в таких областях, как телефония, звукозапись или телевидение, этот вид передачи информации остается актуальным, благодаря относительной дешевизне и простоте оборудования, которое его генерирует.

История появления термина

Появление термина для обозначения этого способа передачи данных тесно связано с такими областями, как компьютерная техника, телефонная и звукозаписывающая промышленность и электрические измерения.

Вычислительная техника

В 1940-х годах были разработаны первые компьютерные системы для получения и обработки цифровой информации. В начале 1980-х годов, когда появились новые модели компьютеров на базе процессоров Intel, вычислительная техника расширила свои возможности. Именно в этот период появился термин.

Звукозапись и телефония

Термин «метод непрерывной передачи» первоначально ассоциировался с телефонией. Непрерывные вибрации поступают в динамик устройства, превращаются в электрический аналог и затем преобразуются в голосовой сигнал.

Электрические измерения

Непрерывный поток воспроизводится приемным устройством пропорционально электрическим параметрам, таким как напряжение, ток. Именно с началом измерений вышеупомянутых электрических величин и появился этот термин.

Общая информация

Энергия потока

Поскольку аналоговый сигнал представляет собой непрерывный поток данных, его энергия бесконечна. Однако обычно он усредняется за некоторый период времени, так, например, переменный ток в телефонной сети, передающей голос, составляет в среднем 60 В.

Взаимное преобразование различных по природе потоков

Непрерывный поток данных преобразуется в дискретный (прерывистый) поток. Все, что необходимо, — это импульсный источник питания, который создает входное напряжение в виде дискретных ультразвуковых пакетов. Преобразование выполняется программно или технически с помощью микросхем.

Отличия дискретного и цифрового сигналов

Одним из методов передачи, описанных в этой статье, является дискретный, который имеет схожие характеристики с аналоговым, но отличается от него тем, что является прерывным.

Цифровой сигнал, с другой стороны, характеризуется определенными параметрами по сравнению с дискретным и аналоговым:

• Строго определенная продолжительность по своим характеристикам;
• Ярко выраженная амплитуда;
• Наличие двух государств: «0» или «1».
• Формирование машинных слов из битов, необходимых для дальнейшей обработки информации, их представление в доступной и понятной для пользователя форме.

Благодаря этим свойствам цифровая передача и хранение данных в последнее время нашли очень широкое применение в различных отраслях техники, электроники и связи.

Самое главное, что отличает аналоговую информацию от дискретной, — это прерывистость последней посредством соответствующего потока данных. Однако, несмотря на это различие, дискретная информация не является цифровой информацией, поскольку ее характеристики в процессе существования могут иметь ограниченный или неограниченный диапазон значений.

Виды сигналов

В зависимости от изменения свойств с течением времени все ручьи делятся на следующие типы:

• Аналоговый — непрерывный, имеющий большое количество значений;
• Дискретный — прерывистый, с большим количеством значений;
• Цифровые — прерывные с 2 четко определенными фундаментальными значениями.

Также, в зависимости от среды передачи и способа формирования, они бывают электрическими, звуковыми, оптическими.

Для чего обрабатывается сигнал

Для получения данных, содержащихся в описанных выше потоках, они проходят процессы усиления, фильтрации, модуляции и демодуляции. Только тогда они доступны в форме, которую пользователь может понять и использовать по назначению.

Создание и формирование

Для создания непрерывного потока используются специальные устройства, такие как генераторы. Они собираются с использованием различных транзисторов (полевых и биполярных) и трансформаторов.

Динамический диапазон

Важной характеристикой любой динамической измерительной системы является ее динамический диапазон. Он еще не был четко определен для сигнала, поэтому принято считать, что это отношение наибольшего и наименьшего значений, которые система может измерить за определенный период времени.

Для любого потока важно, чтобы его динамический диапазон был как можно ближе к динамическому диапазону системы или устройства, используемого для преобразования, передачи и хранения его значений. От правильного выбора зависит, насколько точно будет передан и преобразован любой поток.

Аналоговый сигнал

Этот тип потока данных является непрерывным во времени и может быть обнаружен в любой временной интервал.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал представлен в виде последовательности определенных цифровых значений, обычно двух, принимаемых за логические «0» и «1» или «истина» и «ложь».

Применение цифрового сигнала

Наибольшее применение цифровой поток нашел в современной электронике, в двоичной системе шифрования и кодирования.

Дискретный сигнал

В отличие от непрерывного сигнала, дискретный сигнал имеет следующие характеристики:

• Он может характеризоваться постоянным значением параметра, изменяющимся только с течением времени;
• Он меняется по величине, но остается постоянным с течением времени;
• Изменения как по величине, так и по времени.

Сравнение цифрового и аналогового сигналов

Аналоговые и цифровые сигналы, которые широко используются в современном мире, имеют свои преимущества и недостатки.

Основные преимущества непрерывного информационного потока включают:

• Простота формирования;
• Низкая стоимость оборудования для приобретения и обслуживания.

Недостатки этого типа передачи данных:

• Содержит большое количество избыточной информации, которую необходимо отфильтровать;
• Низкая устойчивость к помехам, что влияет на качество воспроизводимой информации;
• Возможно нежелательное вмешательство в передачу такого сигнала с целью кражи передаваемой информации.

Метод прерывистой передачи имеет следующие преимущества:

• Малое количество значений, невосприимчивость к помехам;
• Легко расшифровывается приемным оборудованием;
• Способность кодировать большие объемы данных при хранении и передаче на большие расстояния.

Метод прерывистой передачи и хранения данных имеет один существенный недостаток — при сильных помехах может произойти сбой, и исходная форма потока данных не сохранится. Необходимо предусмотреть дополнительные функции для его восстановления в момент прерывания.

Аналоговый и цифровой сигналы и цифро-аналоговое преобразование

Современные системы, устройства позволяют осуществлять процессы взаимного преобразования. Например, процесс аналого-цифрового преобразования (АЦП) квантует аналоговый поток данных в цифровой, после чего информация готова к передаче по цифровым каналам.

В свою очередь, процесс ЦАП преобразует цифровые коды на входе в эквивалентный аналоговый поток на выходе (ток, напряжение). Преобразователи широко используются для формирования сигналов в системах управления, аудио- и видеоаппаратуре.

Таким образом, аналоговые сигналы являются довольно широко используемым методом передачи данных, хотя в настоящее время они теряют свою значимость. Хотя аналоговые сигналы называют пережитком прошлого, они очень важны в современных телекоммуникациях, радиовещании и телевидении.

Видео

Сигнал — это любая переменная, которая содержит определенный тип информации. Эта информация может быть передана на расстояние, перенесена на запоминающее устройство, выведена на экран и через динамики, или подействовать. Существующие аналоговые и цифровые носители принципиально различаются по природе их происхождения, передачи и хранения.

p,blockquote 1,0,0,0,0 —>

p,blockquote 2,0,0,0 —>

Аналоговый сигнал

Этот естественный тип сигнала постоянно находится вокруг нас. Звук, изображение, прикосновение, запах, вкус и команды мозга. Все сигналы, возникающие во Вселенной без участия человека, являются аналоговыми сигналами.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>.

В электронике, электротехнике и системах связи аналоговая передача используется с момента изобретения электричества. Характерной особенностью является непрерывность и плавность изменения параметров. Графически сеанс аналоговой связи можно описать как непрерывную кривую, соответствующую значению электрического напряжения в данный момент времени. Линия изменяется плавно, а разрывы появляются только при разрушении связи. В природе и электронике аналоговые данные генерируются и распространяются непрерывно. Отсутствие непрерывного сигнала означает тишину или черный экран.

p, blockquote 4,0,0,0 —>.

В системах непрерывной связи аналогом звука, видео и любых других данных являются электрические или электромагнитные импульсы. Например, громкость и тембр голоса передаются от микрофона к громкоговорителю с помощью электрического сигнала. Громкость зависит от величины, а тембр — от частоты напряжения. Поэтому при голосовой связи сначала напряжение становится аналогом звука, а затем звук становится аналогом напряжения. Все данные в аналоговых системах связи передаются одинаково.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Что такое дискретный сигнал

В цифровой системе хранения и передачи данных отсутствие сигнала также является формой обмена информацией. В один момент она равна нулю, в другой — приобретает какую-то ценность. Поэтому дискретный сигнал называется прерывистым, отсюда и название discretus или расщепленный. Аналоговые данные разбиваются на дискретные блоки, обрабатываются и передаются в виде цифрового кода.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Дискретизация не означает разрыва связи. В цифровых системах широко используется обработка и обмен двоичной информацией. Бинарность предполагает кодирование данных единицами и нулями. За доли секунды прерывистый сигнал принимает значение 1 или 0. Вместо непрерывной кривой мы имеем дискретные значения. Определенный набор единиц и нулей уже несет определенную информацию. Примитивный набор — это бит или двоичная цифра. Само по себе оно ничего не значит. Данные могут быть закодированы только путем объединения восьми битов в следующую по сложности комбинацию — байт. Чем больше байтов объединено, тем больше и точнее может быть описана передаваемая информация.

p, blockquote 8,0,1,0,0,0 —>.

На качество генерируемых данных влияет не только количество конкатенируемых битов, но и скорость передачи данных. Непрерывная аналоговая кривая должна быть разделена на как можно большее количество мини-отрезков прерывистого сигнала. Полученный звук и цвет будут соответствовать оригиналу. Высококачественный дискретный сигнал будет создавать точную копию аналогового сигнала. Например, аудиодорожка MP3, закодированная со скоростью 320 000 бит в секунду (320 кбит/с), намного лучше, чем закодированная со скоростью 128 кбит/с. Треки размером менее 128 вообще не могут быть прослушаны.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Чем отличается непрерывный сигнал от дискретного

На первый взгляд, различия в сигналах неразличимы. И то, и другое передается в виде электрических импульсов по проводам или в виде электромагнитных волн в эфире. Они преобразуются в звук и изображения и выводятся на динамики и экраны. Но разница существенна. Разница между аналоговым и цифровым сигналом обусловлена способом обработки и передачи данных.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Аналоговые данные не кодируются и не шифруются, а просто преобразуются в электрические или электромагнитные импульсы. Приемник обрабатывает импульсы в полном соответствии с полученным сигналом. Передаваемые и принимаемые импульсы являются многомерными и характеризуются постоянным, постепенным изменением во времени. Величина и частота определяют параметры информации. Примером может служить назначение определенного цвета экрана для данного напряжения. Цвета плавно меняются с течением времени, следуя за изменением напряжения.

Казалось бы, естественное происхождение, простота генерирования, передачи и приема говорят в пользу использования аналоговых сигналов. Но в дело вмешиваются электрические и электромагнитные помехи. Это могут быть электромагнитные помехи от электрических сетей, работающего оборудования, рельефа местности, гроз, солнечных бурь, шумов, создаваемых передающим и принимающим оборудованием, и т.д. Они изменяют плавную кривую. Приемник получает информацию с изменениями. Шипение, хрипение и искажение изображения — обычная история для аналоговой связи.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>.

Цифровая технология использует совершенно иной принцип передачи данных. Аналоговые данные сначала кодируются и только потом передаются. Кодирование подразумевает описание непрерывной кривой аналоговой информации. В определенный момент времени передаваемый импульс равен единице или нулю, а заданная последовательность битов представляет собой всю полноту исходного изображения или звука.

Дискретный сигнал похож на азбуку Морзе, только вместо точек и тире — чистые биты. Ничто другое, им не мешают шумы и помехи. При работе с цифровой информацией важно лишь добраться до нее. Неконвертированные цифры будут передавать данные и преобразовывать их в звук и цвет без изменений. Но слабый сигнал может не дать полной картины. Примером может служить полное исчезновение слов или изображений. По этой причине сотовые передатчики устанавливаются как можно ближе друг к другу, также используются ретрансляторы.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Примерами непрерывных и дискретных сигналов являются старая проводная связь и новая сотовая связь. По старым телефонным станциям иногда невозможно было поговорить с соседним домом. Шум и плохое усиление сигнала мешали слышать друг друга. Мне приходилось громко кричать и прислушиваться к собеседнику, чтобы наладить нормальный разговор. Другое дело — мобильная связь, основанная на цифровых технологиях. Звук закодирован и хорошо передается на большие расстояния. Вы можете четко слышать собеседника, даже находясь на другом континенте.

p, blockquote 16,1,0,0 —>.

Оба вида коммуникации не лишены недостатков, и основные различия заключаются в следующем:

p,blockquote 17,0,0,0 —>

1. Аналоговый сигнал подвержен помехам и поступает с искажениями. Цифровой, с другой стороны, поступает полностью без искажений или не поступает вообще.
2. Любой приемник с таким принципом работы может принимать или перехватывать аналоговую передачу. Дискретные передачи адресованы конкретному адресату, закодированы и поэтому их нелегко перехватить.
3. Аналоговая передача имеет конечный объем данных и поэтому устарела в телевизионной передаче. Напротив, с развитием технологий, позволяющих преобразовывать аналоговую информацию в цифровой код, количество и качество вещания растет. Например, основное различие между цифровым и аналоговым телевидением заключается в лучшем качестве изображения.

Цифровые технологии выигрывают во всех отношениях. В игру вступают только любители музыки. Многие аудиофилы и звукорежиссеры утверждают, что могут отличить аналоговый оригинал от цифровой копии. Однако большинство слушателей не могут этого сделать. А с развитием цифровых систем аналоговые данные кодируются более точно. Оригинальный звук и цифровая копия становятся практически неотличимыми.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Как аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и наоборот

Математическая, физическая и компьютерная информация первой была преобразована в цифровую форму. Легко описывать формулы и расчеты. Но для преобразования аналоговой реальности в цифровые массивы требовались специальные устройства. Решением стали аналого-цифровые преобразователи, или сокращенно АЦП. Они используются для преобразования различных физических величин в цифровые коды. Обратная операция выполняется такими устройствами, как ЦАП.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>.

Все цифровые передатчики и приемники оснащены такими преобразователями. Например, в мобильном телефоне входящий звук должен быть обработан и передан в цифровой форме. В то же время код должен быть получен с другой стороны, преобразован и передан говорящему. То же самое касается изображений на смартфонах и телевизорах. В обоих случаях исходной информацией является напряжение.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Существует множество типов АЦП, но наиболее распространенными являются:

p,blockquote 22,0,0,0 —>

• параллельное преобразование;
• последовательная аппроксимация;
• дельта-сигма, сбалансированный заряд.

Преобразования в АЦП концептуально связаны с измерением и сравнением. Кодирование — это процесс сравнения данных, полученных из источника, с эталоном. То есть, полученное аналоговое значение сравнивается с эталонным (с заданным напряжением). Ссылка — это информация об определенном цвете, звуке и т.д. Он соответствует пониманию устройством сигнала, подлежащего преобразованию. Затем эталонные данные кодируются для передачи. При аналого-цифровом преобразовании не происходит физического преобразования сигнала. Из аналога создается цифровая матрица (модель).

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>.

В упрощенном виде работу любого АЦП можно представить следующим образом:

p,blockquote 24,0,0,1,0 —>.

1. Измерение амплитуды напряжения через заданные интервалы времени.
2. Сравнение с эталоном и генерация данных.
3. Передача оцифрованных изменений амплитуды на передатчик.

Качество передаваемых данных зависит от двух параметров — точности измерений и частоты. Чем точнее измеряется и кодируется входящее напряжение, тем выше качество передаваемой информации. Поэтому важно, сколько битов может закодировать передатчик. Чем плотнее поток информации, тем точнее передаются данные. Это отражается в цветах экрана, контрастности изображения и четкости звука. Другим важным показателем является частота дискретизации, или частота измерений. Чем чаще, тем меньше перерывов в измерениях и тем меньше необходимость в сглаживании. В целом, чем чаще и точнее преобразователь может измерять и обрабатывать полученное напряжение, тем он лучше.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Как выглядят спектры аналогового и дискретного сигнала

Представление сигналов может быть представлено в виде двух функций. На рисунке показана разница между непрерывным и дискретным сигналом. Напряжение исходного сигнала изменяется плавно, обработанный сигнал изменяется скачкообразно. Спектр дискретного сигнала периодически ступенчато изменяется по отношению к спектру непрерывного сигнала.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

Дискретные изменения резко, через некоторое время. Уровень в цифровой схеме кодируется, и каждое значение напряжения описывается двоичным кодом. Частота измерения определяет плавность преобразования и оригинальность передаваемых данных. Чем точнее описывается уровень сигнала и чем чаще проводятся и обрабатываются измерения, тем точнее накладывается спектр выходного и передаваемого сигнала.

p,blockquote 28,0,0 —>

p,blockquote 29,0,0,0,0 —>

Какие системы связи используют цифровой сигнал а какие аналоговый

Хотя аналоговая технология является архаичной, она все еще используется для телефонной и радиосвязи. Многие проводные сети до сих пор являются аналоговыми. В основном это традиционные телефонные линии местных операторов. Однако цифровые каналы уже повсеместно используются для передачи данных на большие расстояния. Аналоговая технология также используется в простых и дешевых портативных радиоприемниках.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>.

Все вновь разработанные системы используют технологию цифровой обработки сигнала. К ним относятся волоконно-оптические и проводные линии связи, сигнализация и телеметрия, военная и гражданская промышленная связь. И, конечно, телевидение переходит на цифровое вещание. Аналоговый метод передачи информации исчерпан. На смену им пришли новые, высококачественные и безопасные средства связи.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

Список книг помогающих разобраться в аналоговых и цифровых сигналах

Для более глубокого понимания и сравнения принципов обработки и передачи данных следует обратиться к следующей литературе:

p,blockquote 32,0,0,0,0 —>

• Sato Y. Обработка сигналов. Первое введение. / Под редакцией Ёсифуми Амемия. — Москва: Издательский дом «ДОДЕКА-XXI», 2002 В книге изложены основы техники ЦОС. Она предназначена для любителей, студентов и учащихся, только начинающих изучать системы передачи данных.
• Введение в цифровую фильтрацию / Под редакцией Р. Богнера и А. Константинидис, перевод с английского — Москва: Мир, 1977 В этой книге в популярной и доступной форме описаны различные системы обработки данных. В нем сравниваются аналоговые и цифровые системы и описываются их преимущества и недостатки.
• Основы цифровой обработки сигналов: курс лекций /Авторы: А.И. Солонина, Д.А. Улахович, С.М. Арбузов, Е.Б. Соловьев, И.И. Гук. — СПб: Издательство «БХВ-Петербург», 2005 г. Книга основана на курсе лекций для Государственного технического университета имени Бонч-Бруевича. В книге изложены теоретические основы обработки данных, описаны дискретные и цифровые системы с различными методами преобразования. Она предназначена для изучения в университетах и для квалификации специалистов.
• Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов (второе издание) — Санкт-Петербург: Издательство «Питер», 2006 Электронный учебный комплекс по дисциплине «Цифровая обработка сигналов». Представлены лекционный курс, лабораторно-практические занятия и методические рекомендации для самостоятельной работы. Предназначен для преподавателей и для самостоятельного изучения студентами старших курсов.
• Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Предисловие: Бином-Пресс, 2006 Эта книга знакомит с деталями DSP. Книга написана понятным языком и снабжена большим количеством иллюстраций. Это одна из самых простых и понятных книг на русском языке.

p, blockquote 33,0,0,1 —>.

Старая добрая аналоговая связь быстро теряет свою актуальность. Несмотря на модернизацию и усовершенствования, возможности обмена данными достигли своего предела. Кроме того, остаются старые беды — искажения и шумы. Цифровая связь, с другой стороны, не имеет этих недостатков и передает большие объемы данных быстро, точно и без ошибок.