Отличие аналогового сигнала от цифрового: есть ли разница, описание простым языком

Аналоговый звук: преимущества и недостатки

Любые аудиосигналы (устная речь, музыка), воспринимаемые ухом человека, имеют аналоговую природу. Они распространяются в пространстве в виде волн. При аналоговой записи механические колебания преобразовывают в электрические, используя микрофон. Затем данные переносят на магнитную ленту или винил. Это специальные носители, предназначенные для хранения и дальнейшего воспроизведения аудиосигналов через магнитофон или проигрыватель.

К основным преимуществам аналогового звука относят хорошую глубину, сбалансированность басов и верхних нот. Среди недостатков специалисты выделяют:

Быстрое старение носителей. Аудиоданные записывают на магнитные ленты, которые изнашиваются и растягиваются с каждым прослушиванием, а также на виниле, имеющим свойство царапаться, загрязняться и т. д.
Низкую защищённость. В процессе записи к музыке могут примешиваться посторонние шумы, хрипы и многие другие помехи, ухудшающие качество аудиосигнала.
Неудобство использования носителей. Записанную музыку и другие аудиоданные сложно тиражировать, хранить, воспроизводить и т. д.

Именно поэтому при записи сигналов стала применяться более совершенная технология.

От аналога к цифре в эфире: российский вариант

Учитывая преимущества цифры, мировое сообщество начало переход на современные стандарты вещания в начале 2000-х годов. Во всех странах этот процесс шел (и продолжает идти) одновременно с «оптимизацией» радиоэфира, который активно используется не только телевизионщиками, но и мобильными операторами, военными и другими потребителями.

За счет сжатия в 1 аналоговый телевизионный канал, к примеру, в стандарте DVB-T2, позволяет уместить до 10 цифровых каналов приблизительно с тем же качеством картинки. Кроме того, часть спектра позволяет высвободить упомянутое выше снижение мощности передатчиков. Внутри одной страны эти процессы регулируются государством, а в масштабах континента — различными межгосударственными соглашениями.

Согласно одному из таких соглашений, российские приграничные территории должны со временем прекратить вещать в аналоговом формате. Так что переход с аналогового на цифровое телевидение определяет не только стремление к новым технологиям, но и ответственность перед ближайшими соседями.

Недорогие USB-адаптеры для приема цифровых каналов можно найти не только для ПК …… но и для смартфонов и планшетов. При этом, подключаться они будут через micro-USB

Переход от аналогового к цифровому телевидению в эфире в нашей стране начался в 2009 году. За основу на тот момент был взят стандарт DVB-T, уже внедрявшийся в ряде европейских стран.

Надо понимать, что телевидение — это цепочка взаимодействия целого списка посредников между производителем контента и его потребителем, у каждого из которых есть парк аналогового оборудования, подлежащего замене. Государственный проект подразумевает обновление лишь части этой цепочки — распределительного и передающего оборудования.

В некоторых случаях государство помогает с закупкой нового съемочного оборудования телестудиям.

Но зрителям приходится думать о замене «приемников» самостоятельно. Все эти сложности и не дают в один момент перейти на новый стандарт, где бы подобные преобразования не предпринимались.

А в нашей стране переход пошел еще сложнее. Вначале был взят очень высокий темп, но спустя несколько лет «коней сменили на переправе», сэкономив время на очередном эволюционном шаге: было принято решение внедрять более совершенное второе поколение «эфирного» стандарта — DVB-T2, обеспечивающего размещение большего числа цифровых каналов на частотной полосе аналогового канала (по сравнению с DVB-T).

Надо отметить, что при этом переход так и не подразумевает какого-то увеличения разрешения транслируемой картинки. Проект включает только смену способа ее представления, а HD-качества в эфире нам следует ждать лишь в отдаленном будущем (стандарт поддерживает HD, но на уровне государства принято решение эту тему пока не трогать).

На сегодняшний день передатчики DVB-T2 работают уже практически по всей стране. Где-то пока включен только 1 мультиплекс (пакет, занимающий место одного аналогового канала); в других районах включили уже второй. Это значит, что, имея соответствующее приемное оборудование, из эфира бесплатно можно смотреть 20 каналов в приличном качестве.

Хотя с самого начала перехода речь шла о том, что к 2015 году наша страна должна полностью перейти на цифру и отключить аналог, пока вопрос отключения отложили, поэтому аналоговое телевидение продолжает функционировать.

Фото: компании-производители

Ключевые отличия

Рассматриваемые виды технологий характеризуются рядом особенностей и отличий. В этом требуется разбираться многим современным людям.

По способу передачи данных

Один сигнал отличается от другого по особенностям передачи информации. К примеру, звук и изображение представляют собой аналоговые сигналы. Камера и микрофон воспринимают окружающую действительность, трансформируя ее в электромагнитные колебания. На частоту колебаний на выходе влияет частота звука и света. На амплитуде передачи отражаются яркость и громкость.

Распространение электромагнитных колебаний может нарушаться из-за грозы, рельефа, облаков. Также к возможным помехам относят ветер и рельеф местности. Частота и амплитуда часто подвергаются искажениям. Как следствие, сигнал от передатчика к приемнику поступает с изменениями.

Изображение и голос аналогового сигнала воспроизводятся с искажениями, которые связаны с помехами. При этом фоном могут быть хрипы, искажение цветов, шипение. Чем ниже качество приема, тем более четкими получаются посторонние эффекты. Если информация дошла, то ее хотя бы как-то удается увидеть и услышать.

При цифровой передаче звук и изображение перед выходом в эфир оцифровываются. Потому к приемнику они поступают без искажений. При этом воздействие внешних факторов является минимальным. Цвет и звук имеют высокое качество или их вообще нет.

Сигнал обязательно передается на определенное расстояние. Однако для передачи на внушительную дистанцию требуется целый ряд ретранслирующих устройств. Потому для распространения сотового сигнала антенны располагают максимально близко друг к другу.

По применению

Разница между рассматриваемыми типами сигналов затрагивает и сферу их применения. Прежде всего, их используют при создании вычислительной техники. Впервые аналоговые устройства для вычислений придумали еще в тридцатые годы прошлого века. Они представляли собой весьма примитивные приборы, которые предназначались для реализации специализированных задач. Аналоговые компьютеры были придуманы в сороковых годах, а получили широкое распространение – в шестидесятых.

Иногда аналоговые компьютеры применяют и сегодня. Они могут использоваться для решения задач, в которых точность обмена результатами вычислений не особенно важна. При этом в начале двадцать первого века на смену аналоговым пришли цифровые технологии. При создании вычислительной техники смешанные аналоговые и цифровые сигналы используют только для обработки информации на основе ряда микросхем.

Еще одним примером рассматриваемых технологий являются микшеры и синтезаторы звука. При этом сегодня для изготовления таких устройств преимущественно применяют цифровые технологии. Использование аналоговых сигналов обычно связано с предрассудками и привычками. Бытует мнение, что цифровая запись пока не сумела добиться требуемого эффекта полноценной передачи музыки. Он характерен только для аналоговых технологий.

Виды сигналов

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

Аналоговый сигнал

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

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

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

Принимая непрерывный электрический сигнал по проводам или радиосигнал через эфир приёмник преобразует напряжение в соответствующий звук или цвет

Изображение появляется на экране или звук транслируется через динамик

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

Дискретный сигнал

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

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

Цифровой сигнал

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

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

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

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

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

Различия в использовании оборудования

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

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

Различия между цифровым и аналоговым сигналом

Цифровой и аналоговый сигналы представляют различные методы передачи информации. Возможно, самое главное различие между ними заключается в том, как они представляют и кодируют информацию. Вот основные различия между цифровым и аналоговым сигналом:

Форма представления: Цифровой сигнал представляет информацию в виде двоичных чисел с использованием нулей и единиц, в то время как аналоговый сигнал представляет информацию в виде непрерывной величины, такой как напряжение или звуковая волна.
Точность: Цифровой сигнал обычно является более точным по сравнению с аналоговым сигналом. Это происходит потому, что цифровой сигнал может быть более устойчив к помехам и искажениям при передаче.
Обработка: Цифровой сигнал легко обрабатывается с помощью компьютеров и других цифровых устройств. Он может быть анализирован, передан и хранен с высокой точностью и эффективностью. Аналоговый сигнал требует аналоговой обработки и может быть менее удобным для цифровых устройств.
Распространение и хранение: Цифровой сигнал может быть легко распространен и хранен, так как он может быть представлен в виде битов и байтов. Аналоговый сигнал требует специального оборудования для хранения и передачи, и может занимать больше места на носителе информации.
Разрешение: Цифровой сигнал имеет определенное разрешение, которое определяет количество возможных значений, которые он может принимать. Например, цифровой сигнал с разрешением 8 бит может принимать 256 различных значений. Аналоговый сигнал имеет бесконечное количество значений и не ограничен разрешением.

В итоге, цифровой и аналоговый сигналы имеют свои преимущества и недостатки, и выбор между ними зависит от конкретной ситуации и требований к передаваемой информации.

Что такое цифровой сигнал

Цифровой сигнал представляет данные с использованием двоичной системы численности, где каждый символ или число представлено в виде комбинации нулей и единиц. Например, восьмибитное число может быть представлено в виде последовательности из восьми бит (нулей и единиц).

Для передачи цифрового сигнала используется серия электрических импульсов. Каждый импульс представляет один символ или число. Последовательность импульсов передается по каналу связи и восстанавливается на приемной стороне, где каждый импульс интерпретируется как символ или число.

Цифровой сигнал имеет ряд преимуществ по сравнению с аналоговым сигналом. Он более устойчив к помехам и искажениям, так как может быть восстановлен с большей точностью. Кроме того, цифровой сигнал позволяет компактно кодировать и передавать большой объем информации.

Однако, цифровой сигнал также имеет свои недостатки. Он требует больше ресурсов для обработки и передачи, чем аналоговый сигнал. Кроме того, для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот, требуется специальное оборудование.

В целом, цифровой сигнал широко используется в современных системах связи, компьютерах, телевизорах и других устройствах, где требуется высокая точность и надежность передачи данных.

Основные характеристики цифрового сигнала

Цифровой сигнал представляет собой последовательность дискретных значений, которые могут принимать только определенные значения. В отличие от аналогового сигнала, где значения могут быть любыми в определенном диапазоне, цифровой сигнал ограничивается определенным набором значений, обычно используя двоичную систему счисления (состоящую из 0 и 1).

Основные характеристики цифрового сигнала включают:

Дискретность значений: цифровой сигнал принимает дискретные значения в определенных моментах времени. Это позволяет более точно представлять и передавать информацию.
Дискретность времени: каждое значение цифрового сигнала имеет свою временную метку, что позволяет точно определить момент его появления.
Однозначность и неразрушаемость: каждому значению цифрового сигнала соответствует однозначный код, что позволяет точно восстановить и передать информацию без потерь и искажений.
Устойчивость к помехам: цифровой сигнал лучше переносит помехи и шумы, так как значения сигнала ограничены и можно использовать специальные алгоритмы для корректировки ошибок.
Большая емкость для хранения и передачи информации: цифровой сигнал позволяет хранить и передавать больше информации в сравнении с аналоговым сигналом.

Цифровой сигнал широко используется в различных областях, включая телекоммуникации, компьютерную технику, аудио и видео обработку, медицинскую технику и другие. Его особенности делают его предпочтительным во многих приложениях, где точность и надежность передачи информации являются ключевыми требованиями.

Преимущества использования цифрового сигнала

Цифровой сигнал представляет собой последовательность чисел, где каждое число представляет отдельный отсчет сигнала на определенный момент времени. Использование цифрового сигнала имеет несколько преимуществ по сравнению с аналоговым сигналом.

Во-первых, цифровой сигнал обладает большей устойчивостью к помехам. При передаче цифрового сигнала возможна ошибка передачи только в виде неверного бита, который можно обнаружить и исправить с помощью специальных алгоритмов. В то же время, аналоговый сигнал подвержен влиянию различных помех, таких как электромагнитные помехи, шумы и искажения, что может привести к искажению сигнала и потере информации.

Во-вторых, цифровой сигнал позволяет использовать более эффективные методы сжатия данных. Благодаря этому можно передавать больше информации в ограниченном пространстве. Например, цифровой сигнал может быть сжат без потери качества, что позволяет передавать видео и аудио высокого разрешения с минимальными потерями.

Также цифровой сигнал обладает более удобными возможностями обработки и обмена информацией. Цифровой сигнал можно легко обрабатывать с помощью компьютеров и специализированного программного обеспечения, такого как цифровая обработка сигналов. Также цифровой сигнал легче передавать через сети связи и хранить на электронных носителях, что облегчает обмен информацией.

Преимущества использования цифрового сигнала:
Устойчивость к помехам
Более эффективные методы сжатия данных
Удобная обработка и обмен информацией

Различия в использовании оборудования

Что такое дискретизация?

Аналоговую информацию легко преобразовать в цифровую: вы делаете это каждый раз, когда делаете цифровую фотографию, записываете звук на свой компьютер или разговариваете по мобильному телефону. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП) или, если говорить неформально, дискретизацией. Дискретизация просто означает «измерение с регулярными интервалами» – и это проще всего понять на примере.

Предположим, я разговариваю с вами по мобильному телефону. Звук моего голоса – это волны энергии, которые распространяются по воздуху на микрофон телефона, который преобразует их в электрические сигналы. Звуковые волны и сигналы представляют собой непрерывно изменяющиеся формы волны – они являются аналоговой информацией – и они выглядят как верхний график на диаграмме.

Художественное произведение: Верхнее изображение аналоговая звуковая волна. Средняя: низкая частота дискретизации дает грубое цифровое приближение к исходной волне. Внизу: удвоение частоты дискретизации дает более точную цифровую версию волны, но генерирует вдвое больше цифровой информации (данных), которую нам нужно хранить и передавать.

Сотовый телефон передает звук в цифровой форме, поэтому эти аналоговые волны необходимо преобразовать в числа. Как это происходит? Схема внутри телефона, называемая аналого-цифровым преобразователем, измеряет размер волн много раз в секунду и сохраняет каждое измерение в виде числа. На среднем рисунке вы можете видеть, что я превратил первый график в очень приблизительную гистограмму. Если каждый столбец представляет одну секунду времени, мы можем представить этот график с помощью девяти чисел (одно число для высоты каждого столбца): 5-7-7-5-1-1-3-3-5. Таким образом, сэмплируя (измеряя) звуковую волну один раз в секунду, мы успешно превратили нашу аналоговую звуковую волну в цифровую информацию. Мы могли бы посылать эти цифры по воздуху в виде радиоволн на другой телефон, который запустил бы процесс в обратном порядке и превратил бы числа в звук, который мы можем слышать.

Но вы видите проблему? Некоторая информация будет потеряна в процессе преобразования звука в цифры и обратно, потому что измерения, которые я провел, точно не отражают форму исходной волны: это только грубое приближение. Что я могу сделать по этому поводу? Я мог бы сделать больше измерений, измеряя звуковую волну в два раза чаще. Это означает удвоение так называемой частоты дискретизации. Теперь, как вы можете видеть на нижнем графике, я получаю в два раза больше измерений, и моя звуковая волна представлена восемнадцатью числами: 6-7-7-8-8-7-7-5-2-1-1-2 -3-3-4-4-4-4. Чем больше я увеличиваю частоту дискретизации, тем точнее становится мое цифровое представление звука, но чем больше цифровой информации я создаю, тем больше нужно места для ее хранения.

Частота дискретизации и битрейт

Когда вы загружаете цифровую музыку, вам может быть предложено загрузить одну и ту же дорожку с так называемым разным битрейтом. Вообще говоря, битрейт – это количество информации, получаемой каждый раз, когда сэмплируется музыка. Таким образом, более высокая скорость передачи означает, что захватывается больше информации, а аналоговая информация более точно преобразуется в цифровую информацию. Музыкальные дорожки более высокого качества могут иметь более высокую скорость передачи данных, но дорожки займут гораздо больше места на вашем компьютере и займут больше времени для загрузки.

Как правило, музыка преобразуется в цифровом виде для компакт-дисков и дорожек MP3 с частотой дискретизации 44,1 кГц (около 44 000 раз в секунду). Почему такой высокий показатель? По техническим причинам, которые я не буду здесь вдаваться, частота дискретизации должна быть примерно в два раза выше самой высокой частоты звука в вашей волне, а поскольку человеческий слух ограничен примерно 20 кГц, это говорит о том, что нам нужна частота дискретизации не менее 40 кГц , Типичная скорость передачи для дорожек MP3 составляет около 128 кбит / с (128 000 двоичных цифр или бит в секунду), хотя дорожки более высокого качества имеют скорость передачи данных от 128 кбит / с до 256 кбит / с (до 256 000 бит в секунду).

Как понять, что вы смотрите – цифру или аналог

Старые телевизоры не способны самостоятельно принимать DTV. Для подключения «цифры» им требуется внешняя приставка. Современные устройства оснащаются специальным встроенным DVB-T2 тюнером.

Чтобы определить тип сигнала, нужно заглянуть в меню телевизора. Если в разделе «Источник» установлено ATV, идет просмотр аналогового видеоконтента.

Другие способы определения текущего типа вещания:

телеканалы, вещающие ATV, обозначены литерой А. Если ее нет, то канал показывает новое ТВ;
антенный штекер вытаскивают из гнезда и отводят на 0,5 см. Если изображение стало неразборчивым, но полностью не пропало, показывает аналоговое телевидение, если картинка полностью исчезла – DTV;
цифровое телевидение не показывает телеканалы «домашнего» региона (в МСК уже во всю вещает).