Sự khác biệt chính - Tín hiệu tương tự so với tín hiệu kỹ thuật số

Analog và kỹ thuật số là hai hình thức được sử dụng để chuyển tín hiệu. Các Sự khác biệt chính giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số, trong tín hiệu tương tự, tín hiệu có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong một phạm vi nhất định nhưng trái lại, trong tín hiệu kỹ thuật số, tín hiệu chỉ có thể đại diện cho một trong các bộ giá trị rời rạc.

Tín hiệu tương tự là gì

Tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể chiếm bất kỳ giá trị nào trên thang đo liên tục. Có thể có một phạm vi cho các giá trị mà tín hiệu có thể nhận, nhưng trong phạm vi này, tín hiệu có thể đại diện cho bất kỳ giá trị nào. Tín hiệu tương tự thay đổi liên tục và mượt mà theo thời gian, vì số lượng mà nó đang ghi thay đổi giá trị của nó.

Ví dụ về tín hiệu tương tự, hãy xem xét một bản ghi vinyl. Khi chơi nhạc trong phòng thu, micrô thu nhận sự thay đổi của áp suất không khí do âm thanh và chuyển những thay đổi này trong áp suất không khí thành sự thay đổi điện áp trong mạch điện. Điện áp cũng thay đổi liên tục bất cứ khi nào âm thanh thay đổi. Mạch điện được nối với một kim, kim này chuyển động theo hiệu điện thế. Khi kim di chuyển, nó tạo ra các rãnh trên sơn mài. Sau đó, các rãnh này được chuyển lên đĩa vinyl. Sự biến đổi trong các rãnh là liên tục, và những biến thể này tương ứng với các biến thể liên tục của âm thanh gốc. Khi nhạc được phát lại trên đĩa vinyl, một chiếc kim trong đầu đĩa sẽ di chuyển dọc theo các rãnh và chuyển chuyển động của nó thành tín hiệu điện liên tục. Tín hiệu có thể được truyền đến loa và loa có thể làm cho màng của nó di chuyển qua lại theo tín hiệu mà nó nhận được.

Độ phóng đại của bản ghi vinyl hiển thị các rãnh thay đổi liên tục, có khả năng tạo ra tín hiệu liên tục.

Vì tín hiệu tương tự thay đổi liên tục theo thời gian, chúng được cho là có độ phân giải vô hạn. Đó là, một tín hiệu tương tự có thể truyền một sự thay đổi xảy ra trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ. Tuy nhiên, tiếng ồn vẫn có thể được đưa vào, điều này sẽ làm giảm chất lượng của tín hiệu theo thời gian.

Tín hiệu kỹ thuật số là gì

Trong tín hiệu kỹ thuật số, tín hiệu chỉ có thể sử dụng một tập hợp các giá trị rời rạc. Bản thân tín hiệu cũng không liên tục, thay đổi giá trị của nó theo các khoảng thời gian. Máy tính cá nhân là ví dụ điển hình về thiết bị sử dụng tín hiệu kỹ thuật số. Vì máy tính giao tiếp bằng cách sử dụng "bit" của 1 và 0 và vì có một số bit hữu hạn có thể được xử lý trong một thời gian nhất định, máy tính không thể xử lý tín hiệu liên tục. Thay vào đó, một tín hiệu phải được "chia nhỏ" thành dạng kỹ thuật số. Điều này liên quan đến đầu tiên lấy mẫu tín hiệu tương tự tại các thời điểm khác nhau. Sau đó, tín hiệu là lượng tử hóa: tức là đối với mỗi khoảng thời gian, tín hiệu được cung cấp một giá trị gần đúng, rời rạc để đại diện cho tín hiệu ban đầu. Khoảng thời gian liên quan thường rất nhỏ nên chúng tôi không thể nhận thấy sự khác biệt (một bài hát hoặc một video nghe trên máy tính có vẻ liên tục!)

Tập hợp các giá trị rời rạc mà tín hiệu kỹ thuật số có thể nhận càng lớn thì tín hiệu càng gần với dạng tương tự, ban đầu. Thời hạn nghị quyết cho biết có bao nhiêu giá trị mà một tín hiệu có thể được chia nhỏ thành. Ví dụ: chuyển đổi 1 bit chỉ có thể nhận hai giá trị: 0 hoặc 1. Với chuyển đổi 2 bit, tín hiệu có thể nhận 4 giá trị khác nhau (00, 01, 10, 11). Số lượng giá trị mà một tín hiệu kỹ thuật số có thể nhận thay đổi khi cả hai được nâng lên thành số bit được sử dụng. Số lượng bit được sử dụng càng lớn thì độ phân giải càng tốt.

Chuyển đổi tín hiệu tương tự liên tục (màu đỏ) thành tín hiệu kỹ thuật số rời rạc (màu xanh lam). Ở bên trái, quá trình chuyển đổi đã được thực hiện bằng cách sử dụng 2 bit, do đó tạo ra 4 mức khác nhau mà tín hiệu kỹ thuật số có thể nhận. Ở bên phải, 3 bit được sử dụng. Do đó, tín hiệu có thể được biểu diễn bằng 8 mức khác nhau. Tín hiệu này có độ phân giải cao hơn và "gần" hơn với tín hiệu tương tự ban đầu.

Hình ảnh dưới đây cho thấy hình ảnh phóng đại của bề mặt đĩa compact (CD). Trên đĩa CD, dữ liệu được ghi lại dưới dạng một loạt vết rỗ và va chạm. Mỗi vết lõm tương ứng với số 0 hoặc số 1, và do đó, tín hiệu được tạo ra khi đĩa CD đang được đọc là tín hiệu kỹ thuật số. So sánh các biến thể này trên đĩa CD với các biến thể liên tục hơn được tìm thấy trên đĩa vinyl (ở trên).

Các vết rỗ và vết lồi trên bề mặt đĩa CD (được phóng đại bằng kính hiển vi lực nguyên tử)

Theo thời gian, tín hiệu kỹ thuật số cũng có thể bị nhiễu. Tuy nhiên, sẽ dễ dàng hơn để loại bỏ tiếng ồn bằng cách sử dụng một quy trình được gọi là sự tái tạo.

Sự khác biệt giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số

Bản chất của tín hiệu

Một tín hiệu tương tự có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong một phạm vi nhất định.

MỘT tín hiệu kĩ thuật số chỉ có thể nhận một trong một bộ giá trị rời rạc.

Nghị quyết

Tín hiệu tương tự có độ phân giải vô hạn.

Tín hiệu kỹ thuật số có độ phân giải hữu hạn, phụ thuộc vào số lượng bit được sử dụng để truyền tải dữ liệu.

Loại bỏ tiếng ồn

Rất khó để loại bỏ tiếng ồn trong tín hiệu tương tự. Tiếng ồn có thể tích tụ theo thời gian.

Trong tín hiệu kỹ thuật số, nó dễ dàng hơn nhiều để loại bỏ tiếng ồn.

Hình ảnh lịch sự

“Ảnh chụp macro của các rãnh ghi, với sự thay đổi có thể nhìn thấy rõ ràng.” của Shane Gavin (Tác phẩm riêng) [CC BY 2.0], qua Wikimedia Commons

“Độ phân giải 2 bit với bốn mức lượng tử hóa…” của Hyacinth (Tác phẩm riêng) [CC BY-SA 3.0], qua Wikimedia Commons (Đã sửa đổi)

“Độ phân giải 3 bit với tám cấp độ lượng tử hóa…” của Hyacinth (Tác phẩm riêng) [CC BY-SA 3.0], thông qua Wikimedia Commons (Đã sửa đổi)

“Ảnh hiển vi của đĩa CD-ROM được tạo bằng kính hiển vi lực nguyên tử (chế độ làm lệch hướng)” của freiermensch (Tác phẩm riêng) [CC BY-SA 3.0], qua Wikimedia Commons