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数字化技术

数字化技术是计算机技术、多媒体技术以及互联网技术的基础。是实现信息数字化的技术手段。它将客观世界中的事物转换成计算机唯一能识别机器语言,即二进制0和1,从而实现后续一系列的加工处理等操作。

数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型,把它们转变为一系列二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理,这就是数字化的基本过程。

数字化将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元,在计算机中用0和1表示。通常用模数转换器执行这个转换。

当今时代是信息化时代,而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。早在40年代,仙农(香农)证明了采样定理,即在一定条件下,用离散的序列可以完全代表一个连续函数。就实质而言,采样定理为数字化技术奠定了重要基础。

数字化技术的重要性至少可以体现在以下几个方面:

数字化是数字计算机的基础:若没有数字化技术,就没有当今的计算机,因为数字计算机的一切运算和功能都是用数字来完成的。

数字化是多媒体技术的基础:数字、文字、图像、语音,包括虚拟现实,及可视世界的各种信息等,实际上通过采样定理都可以用0和1来表示,这样数字化以后的0和1就是各种信息最基本、最简单的表示。因此计算机不仅可以计算,还可以发出声音、打电话、发传真、放录象、看电影,这就是因为0和1可以表示这种多媒体的形象。用0和1还可以产生虚拟的房子,因此用数字媒体就可以代表各种媒体,就可以描述千差万别的现实世界。

数字化是软件技术的基础,是智能技术的基础:软件中的系统软件、工具软件、应用软件等,信号处理技术中的数字滤波、编码、加密、解压缩等等都是基于数字化实现的。例如图像的数据量很大,数字化后可以将数据压缩至10到几百倍;图像受到干扰变得模糊,可以用滤波技术使得变得清晰。这些都是经过数字化处理后所得到得结果。

数字化是信息社会的技术基础:数字化技术还正在引发一场范围广泛的产品革命,各种家用电器设备,信息处理设备都将向数字化方向变化。如数字电视、数字广播、数字电影、DVD等等,现在通信网络也向数字化方向发展。

数字化是信息社会的技术基础,有人把信息社会的经济说成是数字经济,这足以证明数字化对社会的影响有多么重大。

数字化技术优势

a.数字信号与模拟信号相比,前者是加工信号。加工信号对于有杂波和易产生失真的外部环境和电路条件来说,具有较好的稳定性。可以说,数字信号适用于易产生杂波和波形失真的录像机及远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。根据上述的优点,还不能断言数字信号是与杂波无关的信号。

数字信号本身与模拟信号相比,确实受外部杂波的影响较小,但是它对被变换成数字信号的模拟信号本身的杂波却无法识别。因此,将模拟信号变换成数字信号所使用的模/数(A/D)变换器是无法辨别图像信号和杂波的。

b.数字信号需要使用集成电路(IC)和大规模集成电路(ISI),而且计算机易于处理数字信号。数字信号还适用于数字特技和图像处理。

c.数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整,因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。

数字化技术缺点

a.由于数字化处理会造成图像质量、声音质量的损伤。换句话说,经过模拟→数字→模拟的处理,多少会使图像质量、声音质量有所降低。严格地说,从数字信号恢复到模拟信号,将其与原来的模拟信号相比,不可避免地会受到损伤。这一点与下面的缺点有着密切的联系。

b.模拟信号数字化以后的信息量会爆炸性地膨胀。为了将带宽为(f)的模拟信号数字化,必须使用约为(2f+α)的频率进行取样,而且图像信号必须使用8比特(比特就是单位脉冲信号)量化。具体地说,如果图像信号的带宽是5MHz,至少需要取样13×106至14×106次(13M至14M次),而且需要使用8比特来表示数字化的信号。因此,数字信号的总数约为每秒1亿比特(100M比特)。且不说这是一个天文数字,就其容量而言,对集成电路来说,也是难于处理的。因此,这个问题已经不是数字化本身的问题了。不过,为了提高数字化图像质量,还需要进一步增加信息量。这就是数字化技术需要解决的难题,同时也是数字信号的基本问题。

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