Metodický portál RVP.CZ prochází změnami. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Digitalizace

Teoretický příspěvek
odborný příspěvek
Autor Michal Šíba
Princip přenosu informací pomocí elektrického signálu a rozdíl mezi přenosem digitálním a analogovým.

Výměna informací mezi lidmi na vzdálenost, kterou nemohou překlenout svými smysly (zrakem, sluchem), se uskutečňuje prostřednictvím elektrického signálu. K přenosu zprávy se užívá energie elektrického pole, proto se fyzický nosič signálu nazývá elektrický signál.
Fyzikální veličiny, se kterými běžně přicházíme do styku (teplota, tlak, elektrické napětí apod.), jsou veličiny spojité. Nemění se tedy skokem, ale v každém okamžiku mají nějakou konečnou hodnotu, říkáme, že jsou spojité v čase. Těmto veličinám říkáme analogové (analogie = podobnost). Vzhledem k rozvoji techniky se nejdříve přenášely analogové signály zpracovávané v analogových obvodech.

1.

Z ekonomických důvodů je třeba maximálně využít veškerá vedení, po kterých lze elektrické signály přenášet. Jedná se o metalická kabelová vedení a bezdrátový přenos volným prostorem. Pro původní analogové signály bylo zavedeno vícenásobné využití vedení na principu kmitočtového dělení signálů (dělení podle frekvence), tzv. frekvenční multipex FDM (Frequency Division Multipex). Každý signál je převeden (modulován) do jiného kmitočtového (frekvenčního) pásma. Tento způsob přenosu je stále používán u rozhlasových vysílačů AM a FM a u pozemního vysílání TV signálu.

 

Rozvoj výpočetní techniky a informačních technologií s sebou přinesl nutnost využití zcela nových elektrických signálů. Informace, které si vyměňují stroje (počítače), již nejsou spojité, ale nabývají jen omezeného počtu stavů v určitých časových okamžicích. Těmto signálům se říká diskrétní (oddělené).

2.

Tyto diskrétní stavy elektrického signálu jsou vyjádřeny určitou kombinací čísel jedna a nula.

 

diskrétní stav číselné vyjádření
A 00
B 01
C 10
D 11

Elektrický signál vyjádřený pomocí kombinace čísel se nazývá číslicový, digitální (z lat. digitus = prst). Digitální elektrický signál vyjadřuje číslice různými úrovněmi elektrického napětí. To znamená, že každé číslici je přiřazena jedna velikost napětí. Například číslici nula přísluší napětí nula voltů, číslici jedna přísluší úroveň pět voltů. Tento digitální signál se nazývá dvoustupňový, binární.

Rozmach výpočetní techniky a její aplikace znamenal rozvoj součástkové základny diskrétních obvodů, které jsou jednodušší než analogové, snadněji se vyrábějí a umožňují vyšší stupeň integrace a minimalizace. Následná digitalizace analogových signálů umožnila využití digitálních součástek a integraci stávajících telekomunikačních sítí (telefonních, rozhlasových, televizních, datových) do společné digitální sítě. Do této sítě může být začleněno celé spektrum telekomunikačních služeb. Vznikla tak síť ISDN (Integrated Services Digital Network). Současně s integrací služeb dochází i k integraci spojových a přenosových zařízení.

Digitalizace také umožňuje využití optických vláken, které mají mnohem větší přenosové rychlosti než metalická vedení a jejichž prostřednictvím se mnohonásobně zvětšila kapacita přenosu informací.

Vícenásobné využití vedení je založeno na časovém dělení digitálních signálů, tzv. časový multiplex TDM (Time Division Multiplex). Z analogových signálů jsou odebrány vzorky, ty jsou postupně v malých časových úsecích přenášeny vedením. V mezerách mezi vzorky jednoho signálu (rámce) jsou přenášeny vzorky ostatních signálů. Aby bylo možno na přijímací straně ze vzorků sestavit opět úplné signály, musí být opakovací kmitočet odebíraných vzorků nejméně dvakrát větší než největší kmitočet přenášeného signálu.

3.

 

Aby vzorky signálů nepodléhaly při přenosu nežádoucím změnám (tzv. zkreslení), je každá velikost vzorku vyjádřena číselnou kombinací jedniček a nul. Vzorky jsou tedy vyjádřeny digitálním signálem. Protože každé velikosti vzorku je přiřazena jiná číselná kombinace (jiný číselný kód), nazývá se tento způsob digitálního přenosu pulzně kódová modulace PCM.

Zpracování digitálních signálů různých aplikací (rozhlasových, televizních, mobilních radiotelefonů, družicových prostředků apod.) je obecně popsáno schématem radiového komunikačního systému (tzv. Shannonovo schéma):

4.

Zdroj signálu - mění informaci vyjádřenou nějakou neelektrickou veličinou na elektrický signál (analogový například v mikrofonu, digitální například v klávesnici).

 

Kodér zdroje - zde se analogové signály digitalizují, a tak se zde uskutečňuje zdrojové kódování. Jeho smyslem je snížit počet přenesených bitů za sekundu (tzv. bitovou rychlost) digitálního signálu a tím snížit šířku pásma potřebnou k přenesení signálu. Původní akustické a optické signály obsahují velké množství informací, které je třeba redukovat. Toto se uskutečňuje:

  1. potlačením relevance - jde o odstranění nepodstatných informací, jejichž absenci příjemce svými smysly (zrak, sluch) nepostřehne;
  2. potlačením redundance - jde o zmenšení počtu nadbytečných informací, které není nutné přenášet, ale které musí zdrojový dekodér přijímače opět obnovit, protože jinak by došlo ke zkreslení informace; při zdrojovém kódování dochází ke kompresi dat, vzniká tzv. komprimovaný signál.

Kodér kanálu - provádí kanálové kódování, jehož smyslem je opatřit digitální signál zabezpečovacími kódy proti poruchám zvyšujícím chybovost signálu, tj. zabezpečit signál proti chybám vzniklým při přenosu. Znamená to zvýšit počet bitů, tedy přidat redundantní složku.

Modulátor - zde se výsledný digitální signál přizpůsobuje parametrům následujícího komunikačního kanálu - radiového, optického nebo metalického.

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám
Celkové hodnocení článku
Přidat komentář Citovat článek