3 tétel

3. Analóg és digitális jelek összehasonlítása (alkalmazási példák)

Hogyan jellemezné az analóg és digitális jeleket? Mondjon példákat!

Mi a jelentősége a különféle jelek digitalizálásának?

---

 A jelek csoportosítása

A digitális jelfeldolgozás térhódításával szokásos a jeleket két nagy kategóriába sorolni, ezek szerint egy jel lehet folytonos, vagy diszkrét.

Folytonos jel:

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->A fizikai jelek általában folytonosak, vagy annak tekinthetők: bármilyen értéket felvehetnek két határérték között. Például: idő, energia, hely, távolság, nyomás, erő, áramerősség, feszültség, kitérés, szög, szín, fényerő.

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->Az analóg szó eredetileg arra utal, hogy valami hasonló valamihez. Esetünkben a jel valamilyen értelemben hasonlít a jelölt dologhoz. (Például ha a hangot hangnyomás-idő grafikonnal jellemezzük, ehhez nagyon hasonlónak kell lennie annak a feszültség-idő grafikonnak, amellyel a mikrofon jelét írjuk le. Ha nem az, akkor torz a felvétel.)

<!--[if !supportLists]-->·         Az analóg jelet általában az idő függvényében mérhetjük, a függvény képe folytonos.

 Diszkrét jel:

<!--[if !supportLists]-->·         A diszkrét, vagy kvantumos (kvantált) jel gyakorlatilag véges sokféle lehet, véges sokféle értéket vehet fel. Ezek az értékek jól elkülönülnek, megkülönböztethetők egymástól. Ilyenek például a bináris jelek (0, vagy 1; igaz, vagy hamis), a karakterek, a számjegyek, véges sok természetes szám. Gyakoriak a diszkrét jelsorozatok, például a szövegek, számadatok, ikonsorok.
·         Digitális jel: számjegyekkel írható le – azaz binárisan kódolható (diszkrét jelek halmaza, amelyeket számokkal jelölünk). A digitális jelek nem feltétlenül számtani, algebrai számok, hanem inkább sorszámok. Például nem alkalmazhatók rájuk a számtani alapműveletek. (Két karakter kódszámát összeadva lehet, hogy egy harmadik karakter kódszámát kapjuk, csak ennek éppen semmi értelme sincs.)

ASCII kódtábla részlete

<!--[endif]-->

 Analóg jel digitalizálása

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->A gyakorlatban az analóg jelet elegendően sok számmal jól lehet közelíteni – amelyekből nagy pontossággal (de soha sem teljes pontossággal) vissza is állítható az eredeti analóg jel (D/A: digitális-analóg; illetve A/D:analóg-digitális átalakítás).

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->papírfénykép à digitális kép à nyomtatott kép

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->zongora hangja à analóg mikrofonjel (hangkártya) à digitális hang (számítógép) à analóg jel a hangszóróba (hangkártya) à a hangszóró hangja: ez elegendően hasonlít az eredeti zongorahanghoz

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->feladó e-mailje (digitális jelsorozat) à modem (modulátor-demodulátor) à telefonvonal (analóg jelsorozat) à modem (modulátor-demodulátor) àfogadó e-mailje (digitális jelsorozat)

Analóg hangjel digitalizálásának elve

Egy analóg hangjel digitalizálásának két fő mozzanata a mintavételezés és a kvantálás:

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->A jelet diszkrét időpontokban mérjük, ez a mintavételezés. Például másodpercenként 22050 mintát veszünk a jelből (ez 22,05 kHz mintavételezési frekvenciának felel meg), és ezeket a mintaértékeket valós számoknak tekintjük.

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->A jel egész értékre történő skálázását és kerekítését kvantálásnak nevezzük, így minden mintaértéket egész számmal reprezentálunk.  a kvantálás során természetesen veszítünk a mintaértékek pontosságából, de maga a mérés sem teljesen pontos (minden mérésnek van hibája).

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->Ezeket az egész számokat bináris számokként (bitsorozattal) ábrázoljuk, például ha 256 jelszintet, azaz 256 egész számot akarunk megkülönböztetni, akkor 8 bit (1 byte) elegendő (2⁸=256). Ha 65536 jelszintet szeretnénk megkülönböztetni, akkor 16 bit szükséges.

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->Az így előálló jelsorozatot nevezzük az analóg jel digitális reprezentációjának. Például ha 22,05 kHz frekvenciával mintavételezünk, és minden mintát a hangerősségre jellemző 65536 nyomásszinttel kívánunk leírni, akkor 22050 db 16 bites számot kapunk minden másodpercben.

<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->A digitalizálást automatizálva végezzük, például hangkártyával, hozzá csatlakoztatott mikrofonnal és megfelelő programmal.

Sony Sound Forge hangszerkesztő programban egy hangfájl