Аналоговый и цифровой сигнал. Типы сигналов и как это действует. Виды сигналов: аналоговый, цифровой, дискретный

О природе сигналов обыватель не задумывается, а вот о разнице между аналоговым и цифровым вещанием или форматами — иногда приходится. По умолчанию считается, что аналоговые технологии уходят в прошлое, и вскоре будут полностью заменены на цифровые. Стоит знать, от чего мы отказываемся в угоду новым веяниям.

Аналоговый сигнал — сигнал данных, описываемый непрерывными функциями времени, то есть амплитуда колебаний его может принимать любые значения в пределах максимума.

Цифровой сигнал — сигнал данных, описываемый дискретными функциями времени, то есть амплитуда колебаний принимает значения только строго определенные.

На практике это позволяет говорить о том, что аналоговый сигнал сопровождается большим количеством помех, тогда как цифровой их успешно отфильтровывает. Последний же способен восстанавливать исходные данные. Кроме того, непрерывный аналоговый сигнал часто несет в себе много лишней информации, что приводит к его избыточности — несколько цифровых сигналов можно передать вместо одного аналогового.

Если говорить о телевидении, а именно эта сфера своим переходом на “цифру” волнует большинство потребителей, то можно считать аналоговый сигнал совершенно себя изжившим. Однако пока что аналоговые сигналы принимает любая предназначенная для этого техника, а цифровой требует специальной. Правда, с распространением “цифры” аналоговых телевизоров все меньше и спрос на них катастрофически уменьшается.

Еще одна важная характеристика сигнала — безопасность. В этом отношении аналоговый демонстрирует полную беззащитность перед влияниями или вторжениями извне. Цифровой же шифруется посредством присвоения ему кода из радиоимпульсов, так что любое вмешательство исключено. На большие расстояния цифровые сигналы передавать сложно, потому используется схема модуляции-демодуляции.

Выводы сайт

1. Аналоговый сигнал непрерывен, цифровой — дискретен.
2. При передаче аналогового сигнала выше риск забивания канала помехами.
3. Аналоговый сигнал избыточен.
4. Цифровой сигнал фильтрует помехи и восстанавливает исходные данные.
5. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде.
6. Несколько цифровых сигналов можно послать вместо одного аналогового.

Передача изображения и звука на огромные расстояния - давняя мечта человечества. До появления письменности люди передавали друг другу сюжетные рисунки на папирусе. В старинных легендах древние люди рассказывали о волшебных артефактах, с помощью которых можно общаться и видеть собеседника из другой страны. В русских народных сказках упоминается голубая тарелочка с наливным яблочком, которая может показывать, что происходит в том или ином месте.

В XX веке это чудо стало реальностью. Современные люди не могут представить свою жизнь без телевидения. В среднем каждый человек тратит 5 часов в день на просмотр телевизионных передач.

История возникновения

Создание современного телевидения стало возможно благодаря усилиям нескольких поколении ученых, изобретателей и инженеров. В 1933 г. ученый В. Зворыкин изобрел катодную трубку. Это устройство является основной частью большинства моделей телевизоров. Через три года был создан первый электрический телеприемник. Это был деревянный ящик с маленьким экраном.

В Советском Союзе первая массовая модель телевизора появилась в 1949 г. Она называлась КВН 49. В комплектацию устройства входила специальная линза, которая увеличивала изображение. В нее нужно было заливать дистиллированную воду.

В начале 50-х годов прошлого века была организована Центральная студия на Шаболовке, которая вещала на всей территории Советского Союза. Первый цветной телевизор в СССР был создан в 1967 году. В этом же году начались трансляции советских телевизионных передач в цвете.

Аналоговое телевидение

Аналоговое телевидение - это один из вариантов вещания, при котором сигнал передается в аналоговом формате. Примером такого сигнала можно считать передачу звука в проводных телефонах. Электронная мембрана фиксирует колебания воздуха при разговоре и передает его на расстояние с помощью аналогичного электрического сигнала.

Аналоговое ТВ подключается с помощью обычной эфирной антенны. Она может быть комнатной или наружной. Также услугу подключения этого вида сигнала предоставляют операторы кабельного телевидения. Чтобы провести аналоговое кабельное телевидение, понадобится стандартный кабель.

Цифровое телевидение

В чем разница аналогового и цифрового телевидения? Современные телевизоры способны показывать изображение в высоком качестве. Цифровой способ вещания стал доступен только в 90-е годы прошлого века. В нем используется зашифрованный сигнал. Примером цифрового сигнала является передача сообщений с помощью азбуки Морзе. Точки и тире заменяются на цифры 1 и 0.

Развитие телевизионных систем

Цифровая техника долгое время использовалась как часть телевизионной системы в аналоговом телевидении. Сигнал преобразовывался в аналоговый и передавался на телевизионные приемники. Через некоторое время появились гибридные сети телевещания. Полностью цифровые системы появились в конце 1980-х годов. Такое телевидение обеспечивает передачу сигнала без искажений и помех. Цифровой способ вещания позволяет принимать сигнал без потери качества даже в движущемся автомобиле. В отличие от непрерывного аналогового сигала, цифровой передается несколькими порциями, которые разделены паузами. Это практически исключает его искажение. Если сигнал доходит до приемника, то он принимается в изначальном качестве. Но иногда на экране могут возникать расплывчатые квадратики. Также по этому каналу может передаваться другая полезная информация в виде телетекста.

Подключение к цифровому ТВ

Телевизоры старого образца можно подключить к цифровому телевидению с помощью специального прибора - ресивера. Это устройство преобразует сигнал в аналоговый.

Также понадобится дециметровая антенна. Приставка может передавать сигнал сразу на несколько приемников. Но при этом на каждом приборе будет транслироваться одна и та же передача. Для трансляции разных каналов необходимо приобрести приставку для каждого телевизора. При этом она должна поддерживать современный формат DVB-T2. Процесс подключения не требует особых знаний и навыков. С ним справится любой школьник. К недостаткам такого способа подключения можно отнести использование двух пультов управления.

Переход на цифровое телевидение

Аналоговое телевидение - это устаревший вид передачи сигнала. Возможности для его развития исчерпаны. Такой сигнал уступает цифровому по качеству изображения и количеству доступных каналов. Его качество зависит от расстояния от передающей телевизионной вышки. Аналоговый сигнал распространяется на расстояние не более 100 км. У цифрового телевидения преимуществ значительно больше.

На одной частоте, которую занимает аналоговый канал, могут поместиться десять цифровых каналов. Такой набор называется мултиплексом. Многие страны полностью перешли на цифровой формат. Согласно международному договору от 17 июня 2015 года, большинство государств обязуются освободить частоты, которые мешают вещанию цифрового телевидения в соседних странах. Многие из них уже сделали это. Однако некоторые государства не торопятся переходить на "цифру". Их правительство опасаются массовых протестов. Часто аналоговое ТВ является самым эффективным средством оповещения населения в случае природных катаклизмов.

Отключение в России

Когда в России отключат аналоговое телевидение? В Российской Федерации переход на "цифру" запланирован на начало 2019 года. Эта дата переносилась несколько раз, и было неясно, когда в России отключат аналоговое телевидение. Соответствующее решение было принято еще в 2009 году. Правительство планировало закончить постепенный переход на цифровое телевидение в 2015 году. Но из-за сложной экономической ситуации этот период был продлен на несколько лет.

Многих телезрителей беспокоит вопрос, когда в России отключат аналоговое телевидение. Для осуществления перехода необходимо обеспечить доступ к цифровому телевидению 95 процентов населения страны. Для этого были созданы 2 пакета бесплатных телеканалов и радиостанции. В первый пакет вошли 10 федеральных каналов. Второй мултиплекс был создан за счет средств телевизионных компаний. До 2010 года 40 процентов россиян принимали не более 4 каналов на свои телевизоры. Бесплатные цифровые "кнопки" стали общедоступными на всей территории России. Практически любой россиянин может смотреть телевизионные передачи в высоком качестве.

В настоящее время обсуждается создание третьего пакета бесплатных каналов. В него должны войти региональные передачи. Но эксперты считают, что запуск этого пакета экономически нецелесообразен. Для его создания требуется освободить дополнительные частоты. Это станет возможным только после отключения аналогового телевидения. Единственный регион, где уже сейчас доступен третьи мултиплекс, - это Крым. Ему досталась в наследство украинская инфраструктура.

Когда в России отключат аналоговое телевидение? В следующем году государство прекратит его субсидирование. Это означает, что аналоговые каналы смогут продолжить работу только за счет собственных средств. Большинство из них уже транслируются в цифровом формате. Чтобы понять, какие каналы будут отключены после перехода, нужно просто включить телевизор. Каналы, которые перестанут работать в аналоговом формате в 2019 году, имеют литеру "А" рядом с логотипом.

Заключение

Переход на новый формат ТВ - это долгий и дорогой процесс. От отключения аналогового вещания телевидения в первую очередь пострадают региональные каналы. Многие из них не имеют дорогостоящего оборудования для вещания в цифровом формате. Только в нескольких регионах они уже дублируются. Также после перехода на "цифру" малообеспеченные слои населения могут вовсе остаться без телевидения. Комнатная антенна для аналогового телевидения станет бесполезным предметом. Проблему могут решить благотворительные организации, взяв на себя расходы по покупке необходимого оборудования. Также планируется государственное субсидирование в виде бесплатной раздачи приставок для цифрового ТВ нуждающимся.

В России уже вовсю идёт подготовка к переходу от аналогового к цифровому телевидению. Главное их отличие – это технология и формат передачи. Система, которая используется в аналоговом телевидении, уже несколько устарела, ведь была придумана уже почти шестьдесят лет назад. В «цифре» передаётся не сигнал, а последовательность значений. Да и передача осуществляется по другим принципам, поэтому получается намного быстрее и качественнее. Это как международные авиаперевозки авиатранспортом сравнить с автомобильными перевозками. Конечно же, при помощи самолёта можно перевезти больше и с меньшими потерями, ведь не будет тряски от дорог и т.п.

Плюсы цифрового телевидения

Почему все хотят побыстрее перейти на цифровое телевидение? Изначально надо подметить, что долгие годы не было одного общего стандарта телевидения. Из-за этого было невозможно увидеть цветную картинку, если стандарты отличались. Это и приносило больше всего неудобств пользователям. Существует три стандарта аналогового телевидения – NTSC, SECAM и PAL.

Кроме того, у «цифры» значительно лучшее качество, чем у аналогового. Это происходит из-за того, что системы работают по разным принципам. Аналоговое телевидение основывалось на делении частоты сигнала перед тем, как его подать. А вот цифровое телевидение подаёт прямой перекодированный поток, что позволяет не терять качество даже на больших расстояниях.

Все знают, что у телевизионных каналов есть некоторое ограничение на частоты – их количество строго ограничено. И снова «цифра» впереди: на том участке частоты, где вмещается всего один аналоговый канал, можно поместить четыре цифровых телеканала, – ровно также

Каждый день люди сталкиваются с использованием электронных приборов. Без них невозможна современная жизнь. Ведь речь идет о телевизоре, радио, компьютере, телефоне, мультиварке и прочем. Раньше, еще несколько лет назад, никто не задумывался о том, какой сигнал используется в каждом работоспособном приборе. Сейчас же слова «аналоговый», «цифровой», «дискретный» уже давно на слуху. Некоторые виды сигналов из перечисленных являются качественными и надежными.

Цифровая передача стала использоваться намного позже, чем аналоговая. Это связано с тем, что такой сигнал намного проще обслуживать, да и техника на тот момент не была настолько усовершенствована.

С понятием «дискретность» сталкивается каждый человек постоянно. Если переводить это слово с латинского языка, то означать оно будет «прерывистость». Углубляясь далеко в науку, можно сказать, что дискретный сигнал представляет собой метод передачи информации, который подразумевает изменение во времени среды-переносчика. Последняя принимает любое значение из всех возможных. Сейчас дискретность уходит на второй план, после того, как было принято решение производить системы на чипе. Они являются целостными, а все компоненты тесно взаимодействуют друг с другом. В дискретности же все с точностью наоборот - каждая деталь завершена и связана с другими за счет специальных линий связи.

Сигнал

Сигнал представляет собой специальный код, который передается в пространство одной или несколькими системами. Эта формулировка является общей.

В сфере информации и связи сигналом назван специальный носитель каких-либо данных, который используется для передачи сообщений. Он может быть создан, но не принят, последнее условие не обязательно. Если же сигнал является сообщением, то его «ловля» считается необходимой.

Описываемый код задается математической функцией. Она характеризует все возможные изменения параметров. В радиотехнической теории эта модель считается базовой. В ней же аналогом сигнала был назван шум. Он представляет собой функцию времени, которая свободно взаимодействует с переданным кодом и искажает его.

В статье охарактеризованы виды сигналов: дискретный, аналоговый и цифровой. Также коротко дана основная теория по описываемой теме.

Виды сигналов

Существует несколько имеющихся сигналов. Рассмотрим, какие бывают виды.

1. По физической среде носителя данных разделяют электрический сигнал, оптический, акустический и электромагнитный. Имеется еще несколько видов, однако они малоизвестны.
2. По способу задания сигналы делятся на регулярные и нерегулярные. Первые представляют собой детерминированные методы передачи данных, которые задаются аналитической функцией. Случайные же формулируются за счет теории вероятности, а также они принимают любые значения в различные промежутки времени.
3. В зависимости от функций, которые описывают все параметры сигнала, методы передачи данных могут быть аналоговыми, дискретными, цифровыми (способ, который является квантованным по уровню). Они используются для обеспечения работы многих электрических приборов.

Теперь читателю известны все виды передачи сигналов. Разобраться в них не составит труда любому человеку, главное - немного подумать и вспомнить школьный курс физики.

Для чего обрабатывается сигнал?

Сигнал обрабатывается с целью передачи и получения информации, которая в нем зашифрована. Как только она будет извлечена, ее можно использовать различными способами. В отдельных ситуациях ее переформатируют.

Существует и другая причина обработки всех сигналов. Она заключается в небольшом сжатии частот (чтобы не повредить информацию). После этого ее форматируют и передают на медленных скоростях.

В аналоговом и цифровом сигналах используются особенные методы. В частности, фильтрация, свертка, корреляция. Они необходимы для восстановления сигнала, если он поврежден или имеет шум.

Создание и формирование

Зачастую для формирования сигналов необходим аналого-цифровой (АЦП) и Чаще всего они оба используются лишь в ситуации с применением DSP-технологий. В остальных случаях подойдет только использование ЦАП.

При создании физических аналоговых кодов с дальнейшим применением цифровых методов полагаются на полученную информацию, которая передается со специальных приборов.

Динамический диапазон

Вычисляется разностью большего и меньшего уровня громкости, которые выражены в децибелах. Он полностью зависит от произведения и особенностей исполнения. Речь идет как о музыкальных треках, так и об обычных диалогах между людьми. Если брать, например, диктора, который читает новости, то его динамический диапазон колеблется в районе 25-30 дБ. А во время чтения какого-либо произведения он может вырастать до 50 дБ.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал является непрерывным во времени способом передачи данных. Недостатком его можно назвать присутствие шума, который иногда приводит к полной потере информации. Очень часто возникают такие ситуации, что невозможно определить, где в коде важные данные, а где обычные искажения.

Именно из-за этого цифровая обработка сигналов приобрела большую популярность и постепенно вытесняет аналоговую.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал является особым он описывается за счет дискретных функций. Его амплитуда может принять определенное значение из уже заданных. Если аналоговый сигнал способен поступать с огромным количеством шумов, то цифровой отфильтровывает большую часть полученных помех.

Помимо этого, такой вид передачи данных переносит информацию без лишней смысловой нагрузки. Через один физический канал может быть отправлено сразу несколько кодов.

Виды цифрового сигнала не существуют, так как он выделяется как отдельный и самостоятельный метод передачи данных. Он представляет собой двоичный поток. В наше время такой сигнал считается самым популярным. Это связано с простотой использования.

Применение цифрового сигнала

Чем же отличается цифровой электрический сигнал от других? Тем, что он способен совершать в ретрансляторе полную регенерацию. Когда в оборудование связи поступает сигнал, имеющий малейшие помехи, он сразу же меняет свою форму на цифровую. Это позволяет, например, телевышке снова сформировать сигнал, но уже без шумового эффекта.

В том случае, если код поступает уже с большими искажениями, то, к сожалению, восстановлению он не подлежит. Если брать в сравнении аналоговую связь, то в аналогичной ситуации ретранслятор может извлечь часть данных, затрачивая много энергии.

Обсуждая сотовую связь разных форматов, при сильном искажении на цифровой линии разговаривать практически невозможно, так как не слышны слова или целые фразы. Аналоговая связь в таком случае более действенна, ведь можно продолжать вести диалог.

Именно из-за подобных неполадок цифровой сигнал ретрансляторы формируют очень часто для того, чтобы сократить разрыв линии связи.

Дискретный сигнал

Сейчас каждый человек пользуется мобильным телефоном или какой-то «звонилкой» на своем компьютере. Одна из задач приборов или программного обеспечения - это передача сигнала, в данном случае голосового потока. Для переноса непрерывной волны необходим канал, который имел бы пропускную способность высшего уровня. Именно поэтому было предпринято решение использовать дискретный сигнал. Он создает не саму волну, а ее цифровой вид. Почему же? Потому что передача идет от техники (например, телефона или компьютера). В чем плюсы такого вида переноса информации? С его помощью уменьшается общее количество передаваемых данных, а также легче организуется пакетная отправка.

Понятие «дискретизация» уже давно стабильно используется в работе вычислительной техники. Благодаря такому сигналу передается не непрерывная информация, которая полностью закодирована специальными символами и буквами, а данные, собранные в особенные блоки. Они являются отдельными и законченными частицами. Такой метод кодировки уже давно отодвинулся на второй план, однако не исчез полностью. С помощью него можно легко передавать небольшие куски информации.

Сравнение цифрового и аналогового сигналов

Покупая технику, вряд ли кто-то думает о том, какие виды сигналов использованы в том или другом приборе, а об их среде и природе уж тем более. Но иногда все же приходится разбираться с понятиями.

Уже давно стало ясно, что аналоговые технологии теряют спрос, ведь их использование нерационально. Взамен приходит цифровая связь. Нужно понимать, о чем идет речь и от чего отказывается человечество.

Если говорить коротко, то аналоговый сигнал - способ передачи информации, который подразумевает описание данных непрерывными функциями времени. По сути, говоря конкретно, амплитуда колебаний может быть равна любому значению, находящемуся в определенных границах.

Цифровая обработка сигналов описывается дискретными функциями времени. Иначе говоря, амплитуда колебаний этого метода равна строго заданным значениям.

Переходя от теории к практике, надо сказать о том, что аналоговому сигналу характерны помехи. С цифровым же таких проблем нет, потому что он успешно их «сглаживает». За счет новых технологий такой метод передачи данных способен своими силами без вмешательства ученого восстановить всю исходную информацию.

Говоря о телевидении, можно уже с уверенностью сказать: аналоговая передача давно изжила себя. Большинство потребителей переходят на цифровой сигнал. Минус последнего заключается в том, что если аналоговую передачу способен принимать любой прибор, то более современный способ - только специальная техника. Хоть и спрос на устаревший метод уже давно упал, все же такие виды сигналов до сих пор не способны полностью уйти из повседневной жизни.

Разница между цифровым и аналоговым телевидением проще всего демонстрируется на примере различий цифрового и аналогового звука или фотографии. Если в аналоге телевизионная картинка и звуковая дорожка закодированы при помощи аналогового электрического сигнала, то в цифре, соответственно, используется цифровое кодирование.

В конце 90-х годов в нашей стране существовало только аналоговое цветное телевидение. В эфире применялась французская система кодирования SECAM. Читатели постарше наверняка помнят, что на видеокассетах можно было встретить фильмы, закодированные при помощи альтернативных систем – PAL или NTSC, для комфортного просмотра которых необходим был видеомагнитофон с их поддержкой.

Чтобы смотреть цифровое ТВ на компьютере, достаточно небольшого USB-модуля и антены ДМВ

Основные недостатки аналога – слабая защита от помех, а также довольно широкая полоса радиочастотного спектра, необходимая для передачи одного канала.

Поэтому в эфире мы были ограничены максимум двумя десятками цветных каналов, а в кабельных сетях в среднем 70-ю (за редким исключением).

С аналоговым сигналом довольно сложно сделать удобную для пользователя и оператора услугу (с возможностью быстрого подключения / отключения пакетов каналов и т.п.). Кроме того, аналогу нужны передатчики высокой мощности с большой территорией охвата т.к. приемникам для получения хорошей картинки нужен высокий уровень сигнала, а значит, частотный спектр в радиоэфире используется очень нерационально: на соседствующих территориях нельзя вести передачу на одном канале, требуется грамотное частотное планирование.

Цифровой сигнал лишен этих недостатков. Основное преимущество цифры в том, что кодированный канал можно сжимать при помощи современных алгоритмов (того же MPEG). То, как именно кодировать сигнал и чем его сжимать, определяется стандартом. На сегодняшний день в Европе и России основным семейством стандартов является DVB – «детище» международного консорциума DVB Project.

Семейство включает в себя стандарты для спутникового, эфирного, кабельного и мобильного телевидения, отличающиеся степенью сжатия, помехозащищенностью и другими параметрами (важными, в зависимости от используемой среды передачи). Однако в прессе «цифрой» в последнее время чаще всего называют эфирный стандарт (в случае России – DVB-T2). С него и начнем.

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.

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