DIGITALIZACIÓN

Es el procedimiento mediante el cual un mensaje se convierte en una

sucesión de impulsos eléctricos, equivalente a dígitos combinados (código

binario), el 0 ó el 1 (en realidad es una serie de apagado y prendido de impulso

combinados). Estos dígitos son los llamados bits. De esta forma, todo mensaje

que es susceptible de transformarse en señal eléctrica y ser codificado

digitalmente puede almacenarse en soporte informático o transmitirse como

tren de impulsos por una red adecuada (hilo telefónico, microondas, fibra

óptica, cable coaxial, etc.) El código digital o binario es la base del tratamiento

informático y de la tecnología de la información en su estado actual.

Digitalizar consiste en transformar una señal analógica en un formato

digital. Digitalizamos una señal para que pueda ser procesada por circuitos

digitales. El circuito digital más usado es el computador. A diferencia de su

contraparte analógica, la señal digital no pierde su calidad con múltiples

transmisiones, reproducciones o procesamientos.

PROCESO DE DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL ANALÓGICA

 Es  la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con la finalidad

de favorecer su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal

resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son

más sensibles las señales analógicas.

En una señal eléctrica analógica, los valores de tensión positivos y negativos

pueden mantenerse con un valor constante, o también pueden variar en una

escala que va de "0" volt, hasta el valor máximo que tenga fijado, pasando por

valores intermedios. Sin embargo, en la señal digital, a diferencia de la

analógica, solamente existen dos condiciones: hay voltaje o no hay voltaje y su

variación no ocurre de forma continua, sino de forma discreta, a intervalos de

tiempo determinados

En la actualidad infinidad de dispositivos electrónicos, como los ordenadores o

computadoras (PC),  los equipos de grabación y reproducción de audio y vídeo

modernos, los teléfonos fijos y móviles o celulares, así como una gran cantidad

de dispositivos destinados a realizar investigaciones científico-técnicas y de

análisis médicos, basan su funcionamiento en la tecnología digital.

Por otra parte, todos los CDs y DVDs que utilizamos en nuestras casas, ya

sean previamente grabados, o vírgenes para grabar imágenes, películas,

juegos, programas para el ordenador, música, etc., emplean, igualmente,

técnicas digitales para almacenar los datos

Consta de cuatro procesos:

– Muestreo: 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.

- Retención: las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por un

circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel

(cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se

contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones

prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático.

- Cuantificación: en este proceso se mide el nivel de voltaje de cada una de

las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a

un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado,

una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación.

- Codificación: consiste en traducir los valores obtenidos durante la

cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario

es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también

son utilizados.

CONVERSIÓN ANALÓGICA DIGITAL

El conversor ADC (Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los

siguientes procesos:

Muestreo de la señal analógica

Cuantización de la propia señal

Codificación del resultado de la cuantización del código binario

 

MUESTREO DE LA SEÑAL ANALÓGICA

Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en

realizar un muestreo (sampling) de esta, o lo que es igual, tomar diferentes

muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de onda senoidal. La

frecuencia a la que realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también

frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una

grabación digital de audio a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor

calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante.

Durante el proceso de muestreo se asignan valores numéricos equivalentes a

la tensión o voltaje existentes en diferentes puntos de la sinusoide, con la

finalidad de realizar el proceso cuantización.

Las frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las

siguientes:

24 000 muestras por segundo (24 kHz)

30 000 muestras por segundo (30 kHz)

44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (calidad de Cd)

48 000 muestras por segundo (48 kHz)

“Para realizar el muestreo (sampling) de una señal eléctrica analógica y convertirla

después en digital, el<primer paso consiste en tomar valores discretos de tensión o

voltaje a intervalos regulares en diferentes<puntos de la onda senoidal.”

Por tanto, una señal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendrá menos calidad

y fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea el

número de muestras tomadas, mayor será también el ancho de banda

necesario para transmitir una señal digital, requiriendo también un espacio

mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD.

En la grabación de CDs de música, los estudios de sonido utilizan un estándar

de muestreo de 44,1 kHz a 16 bits. Esos son los dos parámetros requeridos

para que una grabación digital cualquiera posea lo que se conoce como

“calidad de CD”.

CUANTIZACIÓN DE LA SEÑAL ANALÓGICA

Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la

cuantización (quantization) de la señal analógica. Para esta parte del proceso

los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores

numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o

variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original.

Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las

variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de

la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes

valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en

sistema numérico binario.

“Proceso de cuantización (quantization) de la señal eléctrica analógica para su

conversión en señal digital”

CODIFICACIÓN DE LA SEÑAL EN CÓDIGO BINARIO

La Codificación es el último de los procesos que tiene lugar durante la

conversion Analogica-Digital. La codificación consiste en la traducción de los

valores de tensión electrica analógicos que ya han sido cuantificados

(ponderados) al sistema binario, mediante códigos ya definidos. La señal

analógica va a quedar transformada en un tren de impulsos digital (sucesión de

ceros y unos). Los valores de las tomas de voltajes se representan

numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos.

Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario.

“La codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores

de tensiones o<voltajes que conforman la señal eléctrica analógica origina”

EJEMPLO DE DIGITALIZACIÓN

Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no

pueden interpretar señales analógicas, ya que sólo utiliza señales digitales. Es

necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo que se denomina

proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a digitales.

Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un

determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).

Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la

señal digital toma un valor máximo (1).

El momento en que se realiza cada lectura es ordenado por un sistema

de sincronización que emite una señal de reloj con un período

constante. Estas conversiones analógico-digitales son habituales

en adquisición de datos por parte de un ordenador y en la modulación

digital para transmisiones y comunicaciones por radio

CONDICIÓN DE NYQUIST

El ingeniero sueco Harry Nyquist formulo el siguiente teorema para obtener una

grabación digital de calidad: “la frecuencia de muestreo mínima requerida para

realizar una grabación digital de calidad debe ser igual al doble de la frecuencia

de audio de la señal analógica que se pretenda digitalizar y grabar”.

Este teorema recibe el nombre de condición de Nyquist. Es decir que la taza de

muestreo se debe realizar, al menos, al doble de la frecuencia de los sonidos

mas agudos que puede captar el oído humano que son 20 mil Hertz por

segundo (20 kHz). Por ese motivo se escogió la frecuencia de 44,1 kHz como

tasa de muestreo para obtener calidad de cd pues al ser una poco más del

doble de 20 kHz, incluye las frecuencias más altas que el sentido del oído

puede captar.