數字化技術是計算機技術、多媒體技術以及互聯(lián)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(xù)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?yōu)榭梢远攘康臄底、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?yōu)橐幌盗卸M制代碼,引入計算機內部,進行統(tǒng)一處理,這就是數字化的基本過程。
數字化將任何連續(xù)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(zhí)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(xù)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(fā)出聲音、打電話、發(fā)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(tǒng)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(fā)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(fā)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(yōu)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(huán)境和電路條件來說,具有較好的穩(wěn)定性?梢哉f,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(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點。根據上述的優(yōu)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(guī)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(wěn)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(lián)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。