Дискретизация аналогового сигнала. Квантование сигнала.

Введение
Информация для человека играет немаловажную роль, поэтому основной из задач человечества является обработка и упорядочивание данной информации. Хотя поступающую информацию можно хранить, передавать и обрабатывать как в виде непрерывных, так и в виде дискретных сигналов, на современном этапе развития информационной техники предпочтение отдается дискретным сигналам, поэтому сигналы, как правило, преобразуются в дискретные.
Аналоговый аудио сигнал – напряжение, изменяющееся во времени. Чем быстрее аудио сигнал изменяется во времени, тем выше его частота. Чем больше амплитуда изменений – тем сигнал громче. Таким образом, аудио сигнал имеет 2 параметра: время и амплитуду и для правильной его передачи данные параметры необходимо закодировать. В цифровой записи временные и амплитудные параметры сохраняются в дискретной форме. Временная информация кодируется в цифровой системе путём периодического изменения мгновенных значений аудио сигнала. Дискретное значение аналогового сигнала называют отсчётом. Амплитудная информация кодируется в результате представления значения каждого отсчёта при помощи числа, данный процесс называют квантованием. Дискретизация сохраняет временную информацию, а квантование – амплитудную.
Таким образом, при преобразовании сигнала из аналоговой формы в дискретную, происходят определенные процессы. Их называют дискретизацией и кантованием и они лежат в основе принципа аналого-цифровых преобразователей, развитие которых происходит в последнее время очень стремительно [1], а материалы, посвященные этой темы являются особенно востребованными в области системотехники, в связи с чем реферат, цель которого подробно исследовать такие преобразования, как дискретизация и квантование, является актуальным.
1.Виды сигналов и аналогово-цифровые преобразователи
1.1. Аналоговые и дискретные сигналы
Рассмотрим аналоговые и цифровые сигналы и определим различия между ними (рис.1).


Рисунок 1 Примеры аналоговых сигналов (analogue signal) и цифровых сигналов (digital signal)

Мы видим, что, когда стрелка на потенциометре перемещается между 0 вольт и Vmax, он производит непрерывный выходной сигнал (или напряжение), который имеет бесконечное количество выходных значений относительно положения дворника. Поскольку стрелки потенциометра регулируется из одного положения в другое, нет резких или скачкообразных изменений между двумя уровнями напряжения, что обеспечивает непрерывно регулируемое выходное напряжение [2].
Примеры аналоговых сигналов: температура, давление, уровни жидкости и интенсивность света.
В цифровой схеме стеклоочиститель потенциометра был заменен одним поворотным переключателем, который поочередно подключен к каждому стыку цепи последовательных резисторов, образуя основную сеть делителей потенциала. Когда переключатель поворачивается от одного положения (или узла) к следующему выходному напряжению, VOUT быстро изменяется дискретными и четкими шагами напряжения, представляющими кратные 1,0 вольта при каждом действии или шаге переключения, как показано.
Так, например, выходное напряжение будет 2, 3, 5 и т. Д., Но НЕ 2,5, 3,1 или 4,6 В. Более точные уровни выходного напряжения можно легко получить, используя многопозиционный переключатель и увеличивая количество резистивных элементов в сети делителя потенциала, тем самым увеличивая количество дискретных шагов переключения.
Затем мы можем видеть, что основные различия между аналоговым сигналом и цифровым сигналом заключаются в том, что «аналоговая» величина непрерывно изменяется во времени, в то время как «цифровая» величина имеет дискретные (пошаговые) значения. От «LOW» до «HIGH» или от «HIGH» до «LOW».