Преобразование непрерывных сигналов в дискретные

В любую систему информация поступает в виде сигналов. Различные данные о физических процессах преобразуются в электрические сигналы с помощью датчиков. Как правило, это непрерывно изменяющийся ток или напряжение, хотя возможны и импульсные сигналы (радиолокация, компьютеры).

Информацию можно хранить, передавать и обрабатывать как в виде непрерывных сигналов, так и дискретных. Сегодня предпочтение отдается дискретным сигналам, поэтому непрерывные сигналы дискретизируют.

Под дискретизацией понимают преобразование функции непрерывного времени в функцию дискретного времени. Роль координат при этом часто выполняют мгновенные значения функции, отсчитанные в определенные моменты времени.

Под квантованием подразумевают преобразование некоторой величины с непрерывной шкалой значений в величину, имеющую дискретную шкалу значений. Оно сводится к замене любого значения одним из конечного множества разрешенных значений, называемых уровнями квантования. При проведении операций дискретизации и квантования вид сигнала изменяется принципиально, поскольку можно вместо импульсов передавать числа, представляющие собой квантованное значение функции (значение аргумента изменяется согласно шагу дискретизации).

Причины перехода к дискретному и цифровому выражению информации. Для конкретных задач управления или исследования обычно требуется значительно меньше информации, чем ее поступает с непрерывно выдающих сигналы датчиков. Имея априорную информацию о законах управления системой, можно определить промежуток времени, когда следует проводить отсчет.

Все сигналы с любых датчиков снимаются в условиях флуктуаций значений параметров и наличия погрешностей измерения. Это определяет уровни квантования сигналов. Зачастую можно и нужно еще и «огрубить» эти сигналы, поскольку специфика решаемых в системе задач не требует их точных значений. Рациональное выполнение операций дискретизации и квантования приводит к снижению затрат на передачу, обработку и хранение информации.

При передаче и обработке информации в цифровой форме существует принципиальная возможность снижения вероятности получения ошибочного результата до сколь угодно малых значений. Это возможно потому, что:

– применимы такие методы кодирования, которые обеспечивают обнаружение и исправление ошибок;

– можно избежать свойственного аналоговым сигналам эффекта накопления искажений в процессе их передачи и обработки, поскольку квантованный сигнал легко восстановить до первоначального значения всякий раз, когда величина накопленного искажения становится значимой.

Практическая реализация наиболее эффективна для двух уровней сигнала.

Цифровая форма информации помогает унифицированной ее обработке и хранению, уменьшает стоимость благодаря массовости изготовления и повышает надежность работы аппаратуры.