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Analog vs. Digital

Wie wandelt man das Signal um?

Wenn wir ein Signal aus der Welt messen, ist das in den meisten Fällen ein analoges Signal. Wenn wir dieses aber mit einem Computer verarbeiten wollen, müssen wir dieses in ein digitales Signal umwandeln.

Wie in der Definition vorhin gesehen hat das digitale Signal diskrete Werte (einzelne Punkte). Also müssen wir den kontinuierlichen Verlauf des analogen Signals in diskrete Werte aufteilen.

Als Beispiel betrachten wir hier einmal einen Ton als analoges Signal, da hier die Unterschiede sowohl besser zu sehen als auch zu hören sind.

Der Ton wurde über einen Zeitraum mit einem Mikrofon aufgenommen, sodass folgender Graph entstanden ist:

Zeichne das Signal einmal (ungefähr) Selber ab und versuche eine digitale Repräsentation davon zu erstellen.

Digital heißt in diesem Fall eine Folge von Punkten, die das Signal repräsentieren können.

Versuche dabei zu überlegen auf was du achtest um das Signal möglichst exakt abzubilden.

Nachdem du selber einmal das Signal umgewandelt hast, wollen wir einmal die zwei Aspekte, die einen Einfluss auf die Qualität der Umwandlung haben beleuchten. Zunächst die Abtastrate:

Die Abtastrate beschreibt, wie oft man den Wert des analogen Signal als einen Punkt des digitalen Signals speichert.

Betrachten wir also ein analoges Signal: 

Wie du siehst ist das Signal kontinuierlich. Wenn das Signal nun digitalisiert wird, müssen wir uns für Zeitabstände entscheiden, wie oft wir einen Punkt als Signal speichern wollen. Hier einmal ein paar Beispiele mit unterschiedlichen Abtastraten:

Abtastrate 900 Hz: (900 Punkte pro Sekunde)

Abtastrate 1200 Hz: (1200 Punkte pro Sekunde)

Abtastrate 2400 Hz: (2400 Punkte pro Sekunde)

Wie du siehst/hörst, umso kleiner der Abstand zwischen den Punkten, umso näher kommt das digitale Signal an das originale Signal.

Neben der Abtastrate müssen auch die Werte, die das Signal annehmen kann festgelegt werden. Das nennt man Quantisierung und auch hier hat die Wahl einen Einfluss darauf ob das Signal wiedererkennbar ist.

Original:

4-Bit Quantisierung: (16 mögliche Werte)

16-Bit Quantisierung: (65 536 mögliche Werte)

Mit genügend vielen Werten kann das originale Signal gut abgebildet werden.

Bei Bildern kann man die Abtastrate mit der Anzahl der Pixel gleichsetzen und die die Quantisierung beschreibt die Anzahl der Werte die jeder Pixel annehmen kann. Später dazu mehr.

Zusätzlich wurden natürlich alle digital gespeicherten Töne wieder in ein analoges Signal von den Lautsprechern umgewandelt, damit du sie wahrnehmen kannst.

Wie du vielleicht selber auch schon überlegt hast, sind die Audiosignale hier auf der Webseite natürlich digital gespeichert, da sie auf einem Server gespeichert sein müssen. Hier wurden also die “analogen” Signale in einem Dateiformate gespeichert, dass für das menschliche Gehör nicht vom Originalen Signal zu unterscheiden sind.

Zusätzlich wurden natürlich alle digital gespeicherten Töne wieder in ein analoges Signal von den Lautsprechern umgewandelt, damit du sie wahrnehmen kannst.

Nachdem der theoretische Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen jetzt betrachtet wurde, ist es Zeit zu untersuchen wie denn der Rover ein digitales Bild erzeugen kann…

Analog vs. Digital Was heißt Analog und Digital?
Vollständig
Analog vs. Digital Digitale Kameras im Orbit – Weltraumteleskope