Ventajas de la señal digital

▪ cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de señales▪ cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizan cuando la señal llega al receptor; entonces comprueban la señal, primero para detectar algún error, y, algunos sistemas, pueden luego corregir alguno o todos los errores detectados previamente▪ facilidad para el procesamiento de la señal: cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal▪ la señal digital permite la duplicación infinita sin pérdidas de calidad▪ es posible aplicar técnicas de compresión de datos sin pérdidas o técnicas de compresión con pérdidas basados en la codificación perceptual mucho más eficientes que con señales analógicas

Inconvenientes de la señal digital

▪ se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior, en el momento de la recepción▪ si no se emplean un número suficientes de niveles de cuantificación en el proceso de digitalización, la relación señal a ruido resultante se reducirá con relación a la de la señal analógica original que se cuantificó. Esto es una consecuencia de que la señal conocida como error de cuantificación que introduce siempre el proceso de cuantificación sea más potente que la del ruido de la señal analógica original. En los casos donde se emplean suficientes niveles de cuantificación, la relación S/N de la señal original se conservará esencialmente porque el error de cuantificación quedará por debajo del nivel del ruido de la señal que se cuantificó. Esto, naturalmente, es lo normal.▪ se hace necesario emplear siempre un filtro activo analógico pasa bajo sobre la señal a muestrear con objeto de evitar el fenómeno conocido como aliasing. Asimismo, durante la reconstrucción de la señal en la posterior conversión D/A, se hace también necesario aplicar un filtro activo analógico del mismo tipo (pasa bajo) conocido como filtro de reconstrucción.

Digitalización

La digitalización o conversión analógica-digital (CAD) consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud de una señal (por ejemplo, la que proviene de un micrófono si se trata de registrar sonidos, de una cámara si se trata de registrar imágenes), redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. La conversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogue to digital converter).

En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en la conversión analógica-digital:

▪ Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

▪ Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras y se asigna el valor más próximo de los permitidos por a señal digital. Este redondeo produce un error denominado ruido de cuantificación.

▪ Codificación: consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario.

Durante el muestreo, la señal aún es analógica, puesto que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la señal ya es digital.

Proceso de digitalización

Etapas de la digitalización

Proceso completo de obtención de la señal digital

Proceso completo de obtención de la señal digital

Consta de las fases de:

-muestreo: se toma valores de la señal analógica a intervalos de tiempo constantes; la velocidad de muestreo se mide en Mhz

-cuantificación: o redondeo, es la aproximación del valor de la muestra al nivel más próximo, pues lo que caracteriza a las señales digitales es su carácter discreto, es decir, que sólo ofrece un conjunto finito de valores posibles. Se comete un error que se denomina error de cuantificación

-codificación: es la asignación de un código a cada valor codificado. Cuantos más valores sean posibles (es decir, que la señal sea más precisa), más bits se necesitan para codificar dicho valor.

Dos parámetros clave: la frecuencia de muestreo y el número de niveles

La tasa o frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Generalmente se expresa en hercios (Hz, ciclos por segundo) o múltiplos suyos, como el kilohercio (kHz), aunque sería más correcto emplear la unidad sps (sample per second, muestras por segundo).

El número de niveles es la cantidad de intervalos en que se divide el margen de la señal (entre el valor máximo y el mínimo, obviamente) y, como tendrán que ser posteriormente codificados, el número de niveles está en relación directa con el número de bits empleados en su codificación. Se debe guardar un equilibrio entre dos requisitos contradictorios:

- a mayor número de niveles, mayor precisión en la cuantificación- a mayor número de niveles, más bits necesarios para su codificación y, por lo tanto, mayor cantidad de datos generados

Frecuencia de muestreo

La frecuencia de muestreo debe garantizar la posterior reconstrucción de la señal.

Error de cuantificación

Error de cuantificación

Ruido de cuantificación

Mayor precisión cuanto mayor es la velocidad de muestreo y mayor el número de niveles

Proceso de codificación

Códigos PCM

Para obtener la secuencia que compone la señal digital a partir de los datos digitales se efectúa un proceso denominado codificación. Los más usuales métodos de codificación son:

▪ NRZ (No Return to Zero): cada nivel lógico 0 y 1 toma un valor distinto de tensión▪ NRZI (No Return to Zero Inverted): la señal no cambia si se transmite un 1, y se invierte si se transmite un 0▪ RZ (Return to Zero): si el bit es 1, la primera mitad de la celda estará a uno. La señal vale 0 en cualquier otro caso.▪ Manchester: los valores lógicos no se representan como niveles de la señal, sino como transiciones en mitad de la celda de bit. Un flanco de bajada representa un 0 y un flanco de subida un 1▪ Manchester diferencial: manteniendo las transiciones realizadas en el método Manchester, en este método introduce la codificación diferencial. Al comienzo del intervalo de bit, la señal se invierte si se transmite un 0, y no cambia si se transmite un 1

Códigos empleados

Para obtener la secuencia que compone la señal digital a partir de los datos digitales se efectúa un proceso denominado codificación. Los más usuales métodos de codificación son:

▪ NRZ (No Return to Zero): cada nivel lógico 0 y 1 toma un valor distinto de tensión▪ NRZI (No Return to Zero Inverted): la señal no cambia si se transmite un 1, y se invierte si se transmite un 0▪ RZ (Return to Zero): si el bit es 1, la primera mitad de la celda estará a uno. La señal vale 0 en cualquier otro caso.▪ Manchester: los valores lógicos no se representan como niveles de la señal, sino como transiciones en mitad de la celda de bit. Un flanco de bajada representa un 0 y un flanco de subida un 1▪ Manchester diferencial: manteniendo las transiciones realizadas en el método Manchester, en este método introduce la codificación diferencial. Al comienzo del intervalo de bit, la señal se invierte si se transmite un 0, y no cambia si se transmite un 1

Resumen