Конвертирование аналогового сигнала в цифровой

Я считаю, что в мире имеется бесконечное множество различных движений, происходящих непрерывно.

Рене Декарт

В непрерывном аналоговом сигнале нет отчетливо выделенных дискретных элементов, поэтому не представляется возможным составить элементарный список, не говоря уже о кодовой таблице. Если нельзя в строках списка (или в ячейках кодовой таблицы) располагать понятные и отличающиеся друг от друга, т. е. различимые, элементы, необходимо применить процедуру принудительной дискретизации.

В качестве условного примера рассмотрим некий аналоговый сигнал (рис. 6.1), в котором по определению отсутствуют дискретные элементы. Это означает, что априорно не существует такой таблицы, по которой можно было бы перечислить его составляющие.

Рис. 6.1. Исходный аналоговый сигнал

Замечание Мы не рискнем назвать эту волну звуком, потому что на самом деле звук речи или музыкальный звук – это не просто какая-либо чистая волна. Более того, чистая волна как раз мало интересна. Музыкальные голоса ценятся, если в них присутствуют дополнительные звуки (обертоны – частичные тоны, звучащие выше и слабее основного тона, слиты с ним и на слух почти не распознаются). Наличие и сила каждого из них определяют тембр звука или голоса и его своеобразие, по которому мы как раз и опознаем человека.

Дискретизация аналогового сигнала. Разбиение на равные интервалы.

Первое, на что стоит обратить внимание, это – изменение амплитуды вдоль одной оси. Можно условиться, что это ось времени (хотя в принципе это несущественно для абстрактного примера).

Справка Амплитуда происходит от латинского слова "amplitude", что переводится как "величина" и означает максимальное отклонение изменяющейся по определенному закону величины от среднего значения или от некоторого значения, условно принятого за нулевое.

Разбиение на равные интервалы

В качестве первой операции необходимо разбить эту ось на определенные интервалы, возможно, это и будут интервалы по времени (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Разбиение аналогового сигнала на интервалы

Цель такого разбиения проста – это единственный способ получения дискретных элементов, причем стоит обратить внимание, что применяется искусственный прием, который ранее мы определяли как "принудительная" дискретизация.

Важная мысль

Для создания дискретных элементов применяется искусственный прием – "принудительная" дискретизация.

В самом деле, выбранные интервалы принципиально никак не учитывают содержание сигнала, а хладнокровно "режут по живому" – в этом суть процесса "принудительной" дискретизации.

В данном конкретном случае дискретизация является линейной, т. к. используется всего одна координата (одна линия, вдоль которой происходит разбиение на равные интервалы).

Замечание В общем случае интервалы могут быть и разными, но тогда придется ответить на два вопроса: во-первых, как попасть в нужные, смысловые точки, а во-вторых, как передать с каждым дискретным интервалом значения разных длительностей. Не стоит забывать, что все указанные действия ориентированы на техническую реализацию. А техника "склонна" выполнять механические и однозначные действия.

Полученные интервалы очень полезно каким-либо образом "пометить", например пронумеровать с помощью натурального ряда чисел: 0, 1, 2, 3 и т. д.

Можем ли мы считать, что процесс дискретизации закончен? Отнюдь нет. Ведь кривая аналогового сигнала, подвергнутая "принудительной дискретизации", нисколько не изменилась, получить какие бы то ни было элементы пока не удалось.

В самом деле, только количества "дискретов", на которое разделяется сигнал, явно недостаточно. Поскольку в этом случае (по количеству "дискретов") могут казаться равными все сигналы одинаковой длины, ведь они составляются из одинакового количества "дискретных интервалов", хотя внутри интервалов сигналы будут абсолютно разными (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Два разных аналоговых сигнала с одинаковыми интервалами