[“数字时代”你准备好了吗？] 数字时代

时间：2019-02-02 03:26:08　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　“数字”，这个熟悉但又包含了崭新含义的单词已经悄无声息地进入了我们的生活，数字电视、数字音响……在这些多如牛毛的“数字”中，也许你会陷入迷茫，这么多的数字，究竟是何种含义呢?
　　刚刚所提到的“数字”，是“数字信号”的简称，不过，在详细介绍“数字信号”(DigitalSignal)之前，我们先来看一下与“数字信号”相对的概念――“模拟信号”(Analog Signal)。
　　模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信号，其分布于自然界的各个角落，如：每天变化的温度、听到的声音、看到的图像……
　　让我们先来看一下图1所示曲线。
　　图1所示的是一定质量的液体在加热过程中其温度随时间变化曲线的一部分。
　　大家都应该做过测量水温的实验吧?那么，是否还记得当时做实验的步骤呢?
　　一般我们是这样进行的：
　　(1)烧杯里盛入一定量的水，水量一般占烧杯容积的1／2到2／3，然后将它放在有石棉网的三角架上，用水银温度计测出水的初始温度，记人表格中。
　　
　　(2)点燃酒精灯，并立即启动秒表，开始计时，用酒精灯的外焰给水加热，每隔1min记录一次水的温度，在加热过程中，要用玻璃棒不停地搅拌，将加热时间t和对应的温度T记入预先设计好的表格中。
　　(3)根据测量结果，在坐标纸上以加热时间t(min)为横轴，以水的温度T(℃)为纵轴，描出所测得的数据点，然后描出T-t曲线。即水的温度变化曲线。
　　图1中的温度曲线是如何绘制出来的呢?
　　首先根据步骤(1)和(2)中表格中的数据(见表1)，将每一时刻对应的温度以点的形式描在坐标纸上，如图2所示；而后根据步骤(3)中的要求，把这些点用一条平滑的曲线连接起来得到图3。
　　最终就得到了如图1所示的温度变化曲线。
　　刚刚在不经意中，我们就已经完成了从“模拟信号”到“数字信号”，再由“数字信号”到“模拟信号”的转换。
　　下面我们就从这二者之间的关系开始说明“数字信号”与“模拟信号”的关系，可以用图4来表示。
　　接下来，让我们利用图4所示的关系图来对刚刚提到的实验进行一下分析：
　　首先，明确一下我们要测量的信号是随时间变化的温度――“模拟信号”；每隔1min记录一次数据，即进行数据的抽样、量化，得到一组数据――“数字信号”；将“数字信号”画在坐标纸上，并用平滑的曲线进行连接，得到了温度变化的最终曲线，即完成了由“数字信号”向“模拟信号”的“还原”。
　　可见，数字信号是人为抽象出来的不连续信号，大小被限制在有限个数值之内。
　　
　　以刚刚提到过的实验为例，我们是将温度在“时间上”抽象出来，其具体过程就是我们在第(2)步中，每分钟进行的读数；我们所记录的温度其实就是“大小被限制在有限个数值之内”的一组数据。
　　我们只要选择每隔一段时间来进行一次数据的记录，就可以掌握整个数据的变化趋势，这个过程我们通常称之为“抽样”。
　　比如，在第16min的时刻，温度记为81℃，因为对于我们的实验来说，用81℃就已经足够了解水温的变化了，也就是说水的温度被限制在0℃～100℃这101个数据之内，如果我们用精确到小数点后一位的数据来描述水温的变化时，那么温度就被限制在0.0℃～100.0℃这1001个数据之内。
　　于是，数据大小被限制在有限个数值之内这点就可以理解了，这个过程我们通常称之为“量化”，当然，我们这里所说的量化与真正的“数字信号”的量化还是稍稍有一点区别的，在一般情况下，数字信号的量化会采用二进制来进行，所谓的二进制是指数据的表示方式之一，大家所熟悉的是十进制，表示方法为“逢十进一”，用到的数字为0～9；而二进制与前面十进制相比较，表示方法为“逢二进一”，用到的数字为0～1。
　　那么图像的“数字化”又是怎么一回事呢?
　　首先，一幅图像其实是由不同颜色的光反射至视网膜再经由人的大脑所反映、最终呈现出来的结果，而不同的颜色可以利用光的三种基色(红、绿、蓝)来进行合成。
　　接下来，到了该将其进行“量化”的时候了，我们将三种不同的原色――红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)，由浅至深分为256个等级。即用0～255来表示任意一种原色的深浅，则任意一种颜色可以用三种原色不同的深浅数值来混合得到(在表示时通常用RGB来代表红、绿、蓝)，比如：R255 G153 B204=玫瑰红，R51 G204 B204=宝石蓝，RO G204 B255=天空蓝。
　　这样一来，任一种颜色就可以由一组三个数据来进行“量化”了，将一个画面分解“抽样”为成千上万个带有颜色的点，对每个点的颜色都进行量化，那么一幅画面也就变成了一组数据，形成了我们之前提到的“数字信号”，与之前的温度不同的是，这里不再是在“时间上”而是在“空间上”进行了“抽样”。
　　一幅幅在“时间上”静止的图像在“空间上”进行“抽样”，当时间开始流动时，数字影像也就随之而来了。
　　数字音响、数字电视等，其内部数据传输的工作原理都是如此，加之，将数字信号进行一定的处理，去除其中的干扰，能使我们可以更好地观看图像，聆听声音。

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