談?wù)勅绾螀^(qū)分?jǐn)?shù)字信號與模擬信號及轉(zhuǎn)換問題

　　模擬信號和數(shù)字信號有著很大的區(qū)別。模擬信號是用連續(xù)變化的數(shù)值來表示要說明的信息；數(shù)字信號是用有限個“0”和“1”的代碼來表示信息中某一個字符，當(dāng)很多字符組合起來時，才能表達(dá)完整的信息。

?????? 模擬數(shù)據(jù)（Analog Data）是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（Digital Data）則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。目前，ASCII美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼 （American Standard Code for Information Interchange）已為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和CCITT國際電報電話咨詢委員會所采納，成為國際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，使用7位二進(jìn)制數(shù)來表示 一個英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)或控制符號；圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)則可分別采用多種編碼格式。

　　模擬信號與數(shù)字信號

　?。?）模擬信號與數(shù)字信號

　　不同的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號才能進(jìn)行傳輸：模擬數(shù)據(jù)一般采用模擬信號（Analog Signal），例如用一系列連續(xù)變化的電磁波（如無線電與電視廣播中的電磁波），或電壓信號（如電話傳輸中的音頻電壓信號）來表示；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則采用數(shù)字信號（Digital Signal），例如用一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖（如我們可用恒定的正電壓表示二進(jìn)制數(shù)1，用恒定的負(fù)電壓表示二進(jìn)制數(shù)0），或光脈沖來表示。 當(dāng)模擬信號采用連續(xù)變化的電磁波來表示時，電磁波本身既是信號載體，同時作為傳輸介質(zhì)；而當(dāng)模擬信號采用連續(xù)變化的信號電壓來表示時，它一般通過傳統(tǒng)的模擬信號傳輸線路（例如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)）來傳輸。 當(dāng)數(shù)字信號采用斷續(xù)變化的電壓或光脈沖來表示時，一般則需要用雙絞線、電纜或光纖介質(zhì)將通信雙方連接起來，才能將信號從一個節(jié)點(diǎn)傳到另一個節(jié)點(diǎn)。

　?。?）模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換

　　模擬信號和數(shù)字信號之間可以相互轉(zhuǎn)換：模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制（Pulse Code Modulation）方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為2^8=256個量級，實(shí)用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號一般通過對載波進(jìn)行移相（Phase Shift）的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號。 計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進(jìn)制數(shù)字信號，目前在計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)中實(shí)際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號，也有由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換而得的模擬信號。但是更具應(yīng)用發(fā)展前景的是數(shù)字信號。

　　信號家族兩兄弟

　　信號是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。從廣義上講，它包含光信號、聲信號和電信號等。例如，古代人利用點(diǎn)燃烽火臺而產(chǎn)生的滾滾狼煙，向遠(yuǎn)方軍隊(duì)傳遞敵人入侵的消息，這屬于光信號；當(dāng)我們說話時，聲波傳遞到他人的耳朵，使他人了解我們的意圖，這屬于聲信號；遨游太空的各種無線電波、四通八達(dá)的電話網(wǎng)中的電流等，都可以用來向遠(yuǎn)方表達(dá)各種消息，這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進(jìn)行接收，才知道對方要表達(dá)的消息。

　　在信號這個大家族中，有兩兄弟特別引人注目，就是“模擬”和“數(shù)字”。

　　什么是“模擬”？

　　“模擬”是“數(shù)字”的兄長。

　　“模擬”是對我們生活的實(shí)體的一種表達(dá)方式。

　　比如說你在看一本書，白紙黑字映入你的眼簾，在你的大腦中就會有反應(yīng)，你從書中知道了一些東西，我們說印在紙上的字是一種“模擬”。與此相類似，你用筆在紙上記下的一個電話號碼或是寫下的一首詩歌，還有刻在石頭上的古代碑文，這些都是“模擬”。除了文字以外，我們在生活中還能見到許多“模擬”的東西，比如說一幅風(fēng)景畫，又比如說你在電視上或是電影院的屏幕上看到聽到了孩子們的歡歌笑語，你在電話里聽到了朋友的聲音。

　　“模擬”需要載體或是信息的存儲媒體，比如說一張白紙，又比如說是一盒膠卷。

　　“模擬”需要工具，比如說你有一臺電視機(jī)，那么電視機(jī)的熒光屏和喇叭都屬于模擬設(shè)備。

　　“模擬”需要傳播方式，比如說你可以和一個十幾米外的朋友說話，但是如果你的朋友在幾百公里以外，你就不得不需要電話，電話網(wǎng)通過“模擬信號”將你的聲音傳到了幾百公里甚至幾千公里以外。

　　什么是“數(shù)字”？

　　類似于“模擬”，數(shù)字也是我們生活中的實(shí)體的一種表達(dá)方式。

　　你可以用筆在紙上記下一個電話號碼，也可以把這個電話號碼輸入你的計(jì)算機(jī)存儲器；你可以看一本印刷成冊的書，也可以看存儲在CD-ROM中的電子出版物；你可以聽收音機(jī)播放的音樂，也可以聽一盤音樂光盤（CD）。

　　數(shù)字信息的最小度量單位叫做“比特”，有時也叫“位”，意即二進(jìn)制的一位。在媒體中傳輸?shù)挠嵦柺且员忍氐碾娮有问浇M成你的數(shù)據(jù)。

　　比特的定義是：比特是一種存在的狀態(tài)：開或關(guān)，真或偽，上或下，入或出，黑或白。出于實(shí)用的目的，我們把比特想成1或0。

　　應(yīng)該說這個定義相當(dāng)準(zhǔn)確，但一個在電腦和英語方面知識程度不高的人仍然沒有弄懂“比特”究竟是什么。

　　“比特”是英語bit一詞的音譯。bit一詞是由binary（二進(jìn)制的）和digit（數(shù)字）兩個詞壓縮而成的，所以bit即“二進(jìn)制數(shù)字”，亦即0和1。“數(shù)字時代”準(zhǔn)確的意思是“二進(jìn)制數(shù)字時代”或“比特時代”那么這0和1到底是什么意思呢？我們從一個簡單的例子說起。

　　在使用電腦的時候，我們可以根據(jù)我們的需要和喜好，通過一些位于顯示器底部的旋鈕來調(diào)節(jié)顯示圖形，在這些旋鈕下面，分別寫著center（居中度）、size（大?。?、brightness（亮度）、contrast（對比度）。這些調(diào)節(jié)都有一定的可調(diào)幅度，我們可能在這個幅度內(nèi)任意選擇哪一種居中度、大小等。除這些旋鈕外，還有一個“機(jī)關(guān)”卻不是這樣，這個機(jī)關(guān)的兩邊分別寫著0和1。這就是顯示屏的開關(guān)。它沒有調(diào)節(jié)幅度，通過它我們只能選擇非此即彼的兩種狀態(tài)：開（on）和關(guān)（off）。顯示屏的亮度、對比度等都有兩個極點(diǎn)，在這兩個極點(diǎn)之間的“值”是多值性的。而開關(guān)的周期只有兩個值，即它的兩個極點(diǎn)?！斑M(jìn)制”的“進(jìn)”，就是周期所包含的“值”。比如“十進(jìn)制”數(shù)字，就是一個變化周期里包含十個“值”數(shù)字。同樣道理，二進(jìn)制數(shù)字就是變化周期里包含二個值的數(shù)字。我們采用何種“進(jìn)制”對一種事物的存在狀態(tài)計(jì)數(shù)，表面上，要看衡量事物狀態(tài)的“值”的多少，其實(shí)“進(jìn)制”與事物的狀態(tài)值并無必然的、唯一的關(guān)聯(lián)。事實(shí)上，電腦完全可以用0和1這兩個數(shù)字將多進(jìn)制狀態(tài)的“值”表示或“翻譯”出來。數(shù)是抽象的，但數(shù)的觀念卻源于人的具體的感覺經(jīng)驗(yàn)。我們對于十進(jìn)制計(jì)數(shù)方法習(xí)以為常。當(dāng)一個人說“一年有12個月”這句話時，他可能覺得“12”這個數(shù)字唯一正確地表示了一年的月份數(shù)。進(jìn)而他可能會認(rèn)為，數(shù)字與事物的數(shù)量同樣都是客觀的--除了說一年有12個月，你還能說一年有多少個月？

　　這是對于數(shù)字本質(zhì)的一種似是而非的看法。極端地說，對于“一年有多少個月”這個問題，可以有很多不同的“答案”。這樣說聽起來簡直荒唐透頂，細(xì)究起來卻并不然。當(dāng)我們采用不同進(jìn)制來表示事物的數(shù)量時，我們對事物的數(shù)量就可以說出不同的“答案”，而且這些“答案”都是對的。比如可以說一人有65歲，也可說他有01000001歲。只是后一種說法我們聽起來相當(dāng)別扭，因?yàn)槲覀冊缫蚜?xí)慣了用十進(jìn)制數(shù)字來表達(dá)數(shù)量。如果采用“六進(jìn)制”數(shù)字（世界上似乎還沒有哪個民族采用過這種進(jìn)制的數(shù)字），那么就可以說一年有二“六”個月。如果螃蟹有朝一日進(jìn)化到與人接近的水平，它們很可能采用“八進(jìn)制數(shù)字”來計(jì)數(shù)，那么在它們看來，一年就有一“八”又四個月。

　　這樣說并非完全是開玩笑。我只是想說明，“數(shù)字”其實(shí)并非我們通常所認(rèn)為的那樣“客觀”。說到底，它是人對于客觀事物的數(shù)量的主觀映象。

　　除了“比特”（bit），我們還經(jīng)常會遇到幾個數(shù)字信息度量單位。字節(jié)（byte）是一種比“比特”更抽象或是高級的度量單位，一般來說，一個字節(jié)有8位，即8個比特。還有三個縮寫，“K”、“M”和“G”。1K＝1024，在中文里我們通常叫它“千”；1M＝1024×1K，在中文里我們通常叫它“兆”；1G＝1024×1M，在中文里我們通常叫它“千兆”或者“吉”。

　　比特（位）通常用于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)那闆r下，比如我們一般都說這條電話線一秒鐘可以傳送9600比特的二進(jìn)制流，而不是說1200字節(jié)。字節(jié)通常用在數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)中，比如說這個文件的大小是2M，這里指的是字節(jié)而不是比特，又比如是1.44M軟盤、20G硬盤，指的也是字節(jié)。