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數字化技術

數字化技術是計算機技術、多媒體技術以及互聯網技術的基礎。是實現信息數字化的技術手段。它將客觀世界中的事物轉換成計算機唯一能識別機器語言,即二進制0和1,從而實現后續一系列的加工處理等操作。

數字化就是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據,再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型,把它們轉變為一系列二進制代碼,引入計算機內部,進行統一處理,這就是數字化的基本過程。

數字化將任何連續變化的輸入如圖畫的線條或聲音信號轉化為一串分離的單元,在計算機中用0和1表示。通常用模數轉換器執行這個轉換。

當今時代是信息化時代,而信息的數字化也越來越為研究人員所重視。早在40年代,仙農(香農)證明了采樣定理,即在一定條件下,用離散的序列可以完全代表一個連續函數。就實質而言,采樣定理為數字化技術奠定了重要基礎。

數字化技術的重要性至少可以體現在以下幾個方面:

數字化是數字計算機的基礎:若沒有數字化技術,就沒有當今的計算機,因為數字計算機的一切運算和功能都是用數字來完成的。

數字化是多媒體技術的基礎:數字、文字、圖像、語音,包括虛擬現實,及可視世界的各種信息等,實際上通過采樣定理都可以用0和1來表示,這樣數字化以后的0和1就是各種信息最基本、最簡單的表示。因此計算機不僅可以計算,還可以發出聲音、打電話、發傳真、放錄象、看電影,這就是因為0和1可以表示這種多媒體的形象。用0和1還可以產生虛擬的房子,因此用數字媒體就可以代表各種媒體,就可以描述千差萬別的現實世界。

數字化是軟件技術的基礎,是智能技術的基礎:軟件中的系統軟件、工具軟件、應用軟件等,信號處理技術中的數字濾波、編碼、加密、解壓縮等等都是基于數字化實現的。例如圖像的數據量很大,數字化后可以將數據壓縮至10到幾百倍;圖像受到干擾變得模糊,可以用濾波技術使得變得清晰。這些都是經過數字化處理后所得到得結果。

數字化是信息社會的技術基礎:數字化技術還正在引發一場范圍廣泛的產品革命,各種家用電器設備,信息處理設備都將向數字化方向變化。如數字電視、數字廣播、數字電影、DVD等等,現在通信網絡也向數字化方向發展。

數字化是信息社會的技術基礎,有人把信息社會的經濟說成是數字經濟,這足以證明數字化對社會的影響有多么重大。

數字化技術優勢

a.數字信號與模擬信號相比,前者是加工信號。加工信號對于有雜波和易產生失真的外部環境和電路條件來說,具有較好的穩定性。可以說,數字信號適用于易產生雜波和波形失真的錄像機及遠距離傳送使用。數字信號傳送具有穩定性好、可靠性高的優點。根據上述的優點,還不能斷言數字信號是與雜波無關的信號。

數字信號本身與模擬信號相比,確實受外部雜波的影響較小,但是它對被變換成數字信號的模擬信號本身的雜波卻無法識別。因此,將模擬信號變換成數字信號所使用的模/數(A/D)變換器是無法辨別圖像信號和雜波的。

b.數字信號需要使用集成電路(IC)和大規模集成電路(ISI),而且計算機易于處理數字信號。數字信號還適用于數字特技和圖像處理。

c.數字信號處理電路簡單。它沒有模擬電路里的各種調整,因而電路工作穩定、技術人員能夠從日常的調整工作中解放出來。

數字化技術缺點

a.由于數字化處理會造成圖像質量、聲音質量的損傷。換句話說,經過模擬→數字→模擬的處理,多少會使圖像質量、聲音質量有所降低。嚴格地說,從數字信號恢復到模擬信號,將其與原來的模擬信號相比,不可避免地會受到損傷。這一點與下面的缺點有著密切的聯系。

b.模擬信號數字化以后的信息量會爆炸性地膨脹。為了將帶寬為(f)的模擬信號數字化,必須使用約為(2f+α)的頻率進行取樣,而且圖像信號必須使用8比特(比特就是單位脈沖信號)量化。具體地說,如果圖像信號的帶寬是5MHz,至少需要取樣13×106至14×106次(13M至14M次),而且需要使用8比特來表示數字化的信號。因此,數字信號的總數約為每秒1億比特(100M比特)。且不說這是一個天文數字,就其容量而言,對集成電路來說,也是難于處理的。因此,這個問題已經不是數字化本身的問題了。不過,為了提高數字化圖像質量,還需要進一步增加信息量。這就是數字化技術需要解決的難題,同時也是數字信號的基本問題。

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