模拟信号和数字信号的转换
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模拟信号和数字信号的优缺点
模拟信号好还是数字信号好,很多人都会说数字信号,但为什么数字信号好呢?那就有相当一部分人答不出来了,究竟模拟信号和数字信号的优缺点在哪呢?
模拟通信的优点是直观且容易实现,但存在两个主要缺点。
1) 保密性差
模拟通信,尤其是微波通信和有线明线通信,很容易被窃听。只要收到模拟信号,就容易得到通信内容。
2) 抗干扰能力弱
电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰,噪声和信号混合后难以分开,从而使得通信质量下降。线路越长,噪声的积累也就越多
3) 不适宜远距离传输
数字化传输优点
1) 加强了通信的保密性。
2) 提高了抗干扰能力。
3) 可构建综合数字通信网。采用时分交换后,传输和交换统一起来,可以形成一个综合数字通信网
4) 适宜远距离传输 由于数字信号在传输过程中可以不断地通过整形和判决再生,因此它可以实现无噪声积累和无非线性失真的高质量长途传输。光纤所具有的极宽传输带宽和极小传输损耗,使数字通信的广泛应用成为可能。数字视频光传输与传统的模拟光传输相比,具有如下显著特性:
1) 可级联,随距离的增加,SNR信噪比不会下降。
2) 由于是数字传输方式,采用数字编码纠错方式,具有高稳定性和高可靠性。
3) 多路信号同传时,采用数字时分复用技术(TMD),不会产生模拟传输时的交调失真。
4) 稳定性好,环境适应性高,比模拟传输系统易于维护与调节。
5) 易于实现大容量传输,且性价比高。
6) 采用无压缩编码,图像信号质量高,达广播级。
在传输中,如视频监控,数据传输等,基本上都是由光端机来进行的,而视频监控中采用最多的则是视频光端机这类传输设备。
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换是通过模数转换(ADC)和数模转换(DAC)来实现的。
模拟信号转换成数字信号,首先通过ADC将模拟信号进行采样,即将连续的模拟信号按照一定的频率进行离散化,得到一系列的模拟采样值。然后将模拟采样值通过量化处理,转换成对应的数字信号,即根据一定的量化规则,将模拟采样值映射到一系列离散的数字量级上。
数字信号转换成模拟信号,首先通过DAC将数字信号进行反量化,即将数字信号的离散量级映射回模拟信号的值。然后通过重构滤波器将反量化后的数字信号进行平滑处理,得到模拟信号。最后,通过模拟电路对模拟信号进行放大、滤波等处理,使之符合要求。
需要注意的是,模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号都会引入一定的误差,即量化误差和重构误差。因此,在进行模拟信号与数字信号之间的转换时,要选择合适的采样频率、量化精度和重构滤波器等参数,以保证转换的精度和准确性。
模拟信号与数字信号
按照线路上传输的电信号因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。 模拟信号是指信号的波高和频率(每秒的波数)是连续变化的信号, 如电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等。简单地说,就是连续的信号。
数字信号是指离散的信号,如计算机使用的由“0”和“1”组成的信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态,可以分别表示“0”和“1”。简单的说,就是离散的信号。
模拟信号与数字信号的关系
数字信号与模拟信号的区别可以这样描述:数字信号只包括“开”和“关”这两个状态。模拟信号则包括从“开”到“关”之间所有的状态,或者说模拟信号记录了“开”和“关”之间的全程信息而数字信号只记录了“开”和“关”这两个状态的信息。
在特定的条件下,数字信号和模拟信号可以互相转换。
模拟信号转化为数字信号有三个基本过程:抽样、量化和编码。
1、抽样:指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,也就是在时间上将模拟信号离散化。
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T,抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值),抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。抽样后的样值序列在时间上是离散的,可进行时分多路复用,也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。
2、量化:用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。
量化有两种方式,量化方式中,取整时只舍不入,即0~1伏间的所有输入电压都输出0伏,1~2伏间所有输入电压都输出1伏等。采用这种量化方式,输入电压总是大于输出电压,因此产生的量化误差总是正的,最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔Δ。
3、编码:按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反,再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。上述数字化的过程又称为脉冲编码调制。
最简单的编码方式是二进制编码。具体说来,就是用n比特二进制码来表示已经量化了的样值,每个二进制数对应一个量化值,然后把它们排列,得到由二值脉冲组成的数字信息流。除了上述的自然二进制码,还有其他形式的二进制码,如格雷码和折叠二进制码等。