Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen

Hauptunterschied - Analog- und Digitalsignale

Analog und Digital sind zwei Formen, die zur Übertragung von Signalen verwendet werden. Das Hauptunterschied zwischen analogen und digitalen Signalen ist das, Bei analogen Signalen kann das Signal aufnehmen irgendein Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs wohingegen, In digitalen Signalen kann das Signal nur einen diskreten Satz von Werten darstellen.

Was sind Analogsignale?

Analoge Signale sind Signale, die auf einer kontinuierlichen Skala einen beliebigen Wert annehmen können. Es kann eine sein Angebot für die Werte, die das Signal annehmen kann, aber innerhalb dieses Bereichs könnte das Signal einen beliebigen Wert darstellen. Ein analoges Signal variiert kontinuierlich und gleichmäßig mit der Zeit, da die Menge, die es aufzeichnet, seinen Wert ändert.

Als Beispiel für ein analoges Signal betrachten Sie eine Schallplatte. Wenn Musik in einem Studio abgespielt wird, nehmen Mikrofone Änderungen des Luftdrucks aufgrund des Tons auf und wandeln diese Luftdruckänderungen in eine Spannungsänderung in einem elektrischen Stromkreis um. Die Spannung variiert auch kontinuierlich, wenn der Klang variiert. Der Stromkreis ist mit einer Nadel verbunden, die sich entsprechend der Spannung bewegt. Wenn sich die Nadel bewegt, entstehen Rillen in einem Lack. Später werden diese Rillen auf eine Vinylplatte übertragen. Die Variationen in den Rillen sind kontinuierlich, und diese Variationen entsprechen den kontinuierlichen Variationen des Originalklangs. Wenn Musik auf einer Vinylplatte abgespielt wird, bewegt sich eine Nadel im Player entlang der Rillen und wandelt ihre Bewegungen in ein kontinuierliches elektrisches Signal um. Das Signal kann an einen Lautsprecher übertragen werden, und der Lautsprecher kann seine Membran entsprechend dem empfangenen Signal hin und her bewegen.

Eine Vergrößerung einer Schallplatte zeigt kontinuierlich variierende Rillen, die ein kontinuierliches Signal erzeugen können.

Da sich die analogen Signale mit der Zeit kontinuierlich ändern, haben sie ein unendliche Auflösung. Das heißt, ein analoges Signal kann eine Änderung übertragen, die in einer unendlich kleinen Zeitspanne auftritt. Es kann jedoch immer noch Rauschen auftreten, das die Signalqualität mit der Zeit verschlechtert.

Was sind digitale Signale?

In einem digitalen Signal kann das Signal nur einen Satz diskreter Werte aufnehmen. Das Signal selbst ist ebenfalls diskontinuierlich und ändert seinen Wert in zeitlichen Abständen. Personal Computer sind gute Beispiele für Geräte, die digitale Signale verwenden. Da Computer über "Bits" von Einsen und Nullen kommunizieren und es eine begrenzte Anzahl von Bits gibt, die in einer bestimmten Zeit verarbeitet werden können, kann ein Computer kein Dauersignal verarbeiten. Stattdessen muss ein Signal in eine digitale Form „zerlegt“ werden. Dies beinhaltet zuerst Probenahme das analoge Signal zu verschiedenen Zeitpunkten. Dann ist das Signal quantisiertfür jedes Zeitintervall erhält das Signal einen ungefähren diskreten Wert, um das ursprüngliche Signal darzustellen. Die Zeitintervalle sind oft sehr klein, so dass wir den Unterschied nicht wahrnehmen können (ein Lied oder ein Video, das auf einem Computer gehört wird, wirkt kontinuierlich)!

Je größer der diskrete Satz von Werten ist, den das digitale Signal annehmen kann, desto näher kommt das Signal an die ursprüngliche, analoge Form. Der Begriff Auflösung gibt an, in wie viele Werte ein Signal zerlegt werden kann. Beispielsweise kann eine 1-Bit-Umwandlung nur zwei Werte annehmen: entweder 0 oder 1. Bei einer 2-Bit-Umwandlung kann das Signal 4 verschiedene Werte annehmen (00, 01, 10, 11). Die Anzahl der Werte, die ein digitales Signal annehmen kann, variiert mit der Erhöhung der Anzahl der verwendeten Bits. Je größer die Anzahl der verwendeten Bits ist, desto besser ist die Auflösung.

Umwandlung des kontinuierlichen Analogsignals (rot) in ein diskretes Digitalsignal (blau). Auf der linken Seite wurde die Konvertierung mit 2 Bits durchgeführt, wodurch 4 verschiedene Pegel erzeugt wurden, die das digitale Signal annehmen kann. Auf der rechten Seite werden 3 Bits verwendet. Daher kann das Signal durch 8 verschiedene Pegel dargestellt werden. Dieses Signal hat eine höhere Auflösung und ist näher am ursprünglichen analogen Signal.

Das Bild unten zeigt ein vergrößertes Bild einer Oberfläche einer CD (CD). Auf einer CD werden Daten als eine Reihe von Pits und Höckern aufgezeichnet. Jeder Pit oder jeder Buckel entspricht einer 0 oder einer 1, so dass das als CD erzeugte Signal ein digitales ist. Vergleichen Sie diese Variationen auf der CD mit den kontinuierlicheren Variationen einer Vinylplatte (oben)..

Vertiefungen und Erhebungen auf einer CD-Oberfläche (mit einem Atomkraftmikroskop vergrößert)

Mit der Zeit kann ein digitales Signal auch Rauschen erfassen. Es ist jedoch einfacher, das Rauschen unter Verwendung eines Prozesses zu trennen Regeneration.

Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen

Natur des Signals

Ein Analogsignal kann einen beliebigen Wert in einem bestimmten Bereich annehmen.

EIN Digitalsignal kann nur einen diskreten Satz von Werten annehmen.

Auflösung

Analoge Signale haben eine unendliche Auflösung.

Digitale Signale haben eine endliche Auflösung, die von der Anzahl der zur Datenübertragung verwendeten Bits abhängt.

Geräusche entfernen

Es ist schwierig, das Rauschen zu entfernen analoge Signale. Lärm kann sich mit der Zeit aufbauen.

Im digitale Signale, Es ist viel einfacher, Geräusche zu entfernen.

Bild mit freundlicher Genehmigung

"Eine Makroaufnahme von Plattenrillen, mit deutlich sichtbaren Variationen." Von Shane Gavin (Eigene Arbeit) [CC BY 2.0], über Wikimedia Commons

"2-Bit-Auflösung mit vier Quantisierungsstufen ..." von Hyacinth (Eigene Arbeit) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons (Modifiziert)

"3-Bit-Auflösung mit acht Quantisierungsstufen ..." von Hyacinth (Eigene Arbeit) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons (Modifiziert)

"Aufnahme einer mit einem Atomkraftmikroskop (Ablenkungsmodus) hergestellten CD-ROM" von freiermensch (Eigene Arbeit) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons