Introducción
Durante muchos años y antes que existieran los microprocesadores que comúnmente encontramos hoy en día instalados en ordenadores, PDAs, equipos de grabación, de reproducción de música y de video, teléfonos móviles, etc., ya existían equipos y dispositivos, como radios, televisores, grabadoras y amplificadores de audio, sistemas automáticos y grandes computadoras (mainframes) entre otros, que empleaban circuitos electrónicos. En un principio los circuitos que contenían esos antiguos dispositivos y equipos estaban compuestos por válvulas de vacío, que fueron sustituidas posteriormente por transistores y, por último, por circuitos integrados. Todos basaban su funcionamiento en “circuitos electrónicos” comunes, que aún hoy en día se continúan utilizando en plena era digital.
(A) Antigua válvula electrónica de vacío. (B) Transistor. (C) Circuito- Integrado. Representación aproximada al tamaño real.
Todos estos dispositivos aún se emplean en equipos que requieren- circuitos electrónicos analógicos para su funcionamiento.
DIFERENCIA ENTRE LA TECNOLOGÍA ANALÓGICA Y LA DIGITAL
En un sistema eléctrico o electrónico analógico, las magnitudes de los valores correspondientes a la tensión o voltaje eléctrico constituyen “variables continuas”, cuyos valores varían o cambian continuamente, adoptando la forma de una onda sinusoidal o sinusoide que se desplaza de forma ininterrumpida a lo largo de una línea de tiempo. En un sistema electrónico digital, por el contrario, sólo existen dos niveles de tensión o voltaje. Por tanto, mientras que en una señal analógica los valores son continuos e “infinitos”, en la señal digital esos mismos valores son discretos y “finitos”, y se representan por dos estados: “abierto” o “cerrado”, o también “encendido” o “apagado”. Numéricamente esos dos estados se corresponden también con una cadena de ceros “0” y unos “1”, pertenecientes al código matemático binario.
“A”, “B” y “C” representan gráficamente las diferentes formas que puede tomar una señal analógica sinusoidal de variaciones continuas e infinitos números de estado de la información, moviéndose a lo largo de una línea de tiempo, mientras que “D” corresponde a una señal digital de valores discretos y finitos codificada en dos estados, representados por los dígitos “1” y “0”.
Para una señal digital el estado “cerrado” se puede comparar con la posición “encendido” de un interruptor de corriente eléctrica, equivalente con el dígito “1”, mientras que el estado “abierto” se puede entender como la posición “apagado” del mismo interruptor y equivale al dígito “0”.
Interruptor cerrado: existe circulación de corriente. eléctrica y la lámpara se enciende (equivalente al dígito “1”).
Interruptor abierto: no existe circulación de corriente y la. lámpara se apaga (equivalente al dígito “0”).
De esa forma los datos que se transmiten o almacenan con el empleo de la tecnología digital se expresan mediante una combinación formada por una cadena de dígitos “0” y “1”. En informática la letra “A”, por ejemplo, se representa por medio de la combinación numérica: 100 0001, mientras que la combinación de la letra “Z” será: 101 1010. Como se podrá apreciar, para representar esas dos letras de forma digital sólo se ha empleado una combinación de “ceros” y “unos”. Lo mismo ocurre con el resto de las letras del alfabeto (incluidas minúsculas y mayúsculas), los números y los signos, cuyas combinaciones se encuentran representadas en el código ASCII.
En las combinaciones numéricas correspondientes al referido código, cada dígito, ya sea “0” ó “1”, se considera un “bit” de información, mientras que la cadena formada por la combinación de ocho de esos dígitos o bits utilizados en informática, se denomina “byte”. Por tanto, cada letra, número o signo del código ASCII constituye un byte de información.
La información presentada en forma digital permite su manipulación para realizar operaciones matemáticas, conformar textos alfanuméricos (compuestos por letras, números y signos), realizar dibujos vectoriales, retocar y manipular fotos, grabar y editar voz y video, etc., todo de forma muy asequible y precisa utilizando los programas informáticos adecuados, concebidos para cada tipo de operación.
Como se mencionó anteriormente, un dispositivo digital sólo puede diferenciar señales eléctricas en los dos estados: “apagado” o “encendido”, que se corresponden con los dígitos “0” y “1”. Sin embargo, no se puede grabar ni leer la voz, la música o las imágenes directamente en formato numérico. Para poder hacerlo la tecnología digital se vale de la anterior tecnología analógica, ya que los ceros y los unos no son audibles ni visibles de forma directa. Esa facultad sólo le corresponde al mundo analógico.
Los dispositivos y equipos digitales como teléfonos móviles, teléfonos fijos, telefonía IP, fotografía digital, e-mails, grabadores-reproductores de sonido y video, televisores y muchos más, tal como ya conocemos, basan su funcionamiento en el manejo de información formada por cadenas de ceros “0” y unos “1” pero, contrariamente, todos los sonidos e imágenes en su forma original constituyen señales analógicas.
Por tanto, para obtener señales digitales ya sea de sonido o de imágenes será necesario someter primero las señales analógicas a un proceso de conversión electrónica que permita su digitalización. Una vez digitalizadas las señales, se hace necesario reconvertirlas otra vez en señales analógicas para que puedan ser de nuevo audibles y/o visibles. Por ese motivo la tecnología digital necesariamente se complementa con el apoyo de la tecnología analógica.
PROCESO DE DIGITALIZACIÓN
Antes de proceder a iniciar el proceso de digitalización es necesario captar, en primer lugar, todas las señales de audio por medio de un micrófono y las visuales con el empleo de un sensor fotográfico o de video. Esos dispositivos serán los encargados de convertir los sonidos y las imágenes que captan en señales eléctricas analógicas en forma de ondas sinusoidales. Seguidamente las señales analógicas así obtenidas se someten al proceso de digitalización comenzando con la toma de muestras de las señales analógicas, para continuar cuantificándolas y, por último, codificándolas en formato digital.
Para realizar ese proceso se emplea un dispositivo denominado ADC (Analog-to-Digital Converter – Conversor Analógico Digital), que será el encargado de codificar y convertir las señales analógicas en valores numéricos digitales “discretos” que se podrán introducir o grabar en un dispositivo de almacenamiento masivo. Si posteriormente queremos reproducir y amplificar las señales digitalizadas que hemos grabado y guardado en un CD, DVD, memoria flash, disco duro, etc. y hacerlas audibles y/o visibles de nuevo, será necesario someterlas a un proceso inverso que las convierta otra vez en señales analógicas utilizando otro dispositivo denominado DAC (Digital-to-Analog Converter – Convertidor Digital a Analógico). Este dispositivo “decodifica” las señales digitales permitiendo que recupere aproximadamente la forma original que tenía la onda sinusoidal analógica antes de ser digitalizada.
CONVERSIÓN ANALÓGICO-DIGITAL / DIGITAL-ANALÓGICO
Procesos de conversión Analógico-Digital / Digital-Analógico divididos en la ilustración superior para cada caso en dos partes: “A” y “B”. En el proceso de conversión analógico-digital “A”, el micrófono (2) y la cámara de video (3), captan la música y la imagen procedentes de la escena (1) y las convierten en señales eléctricas analógicas que un chip o microprocesador ADC (Analog-to-Digital Converter – Conversor Analógico Digital) (5), se encarga de convertir en señales digitales (6), correspondientes al código numérico binario de unos “1” y ceros “0”. Por medio de un dispositivo de grabación apropiado, esas señales digitales se pueden grabar y almacenar en un medio de almacenamiento masivo, como el CD (7) que aparece como ejemplo en la ilustración después que han sido procesadas por un dispositivo procesador de señales. Como las señales digitalizadas no son audibles ni visibles en su estado numérico, para reproducir el contenido del CD es necesario convertirlas de nuevo en analógicas. Para esa función, en el proceso inverso que se puede observar en “B”, correspondiente a la conversión digital-analógica, el CD se coloca en un dispositivo apropiado (8) que lee la información numérica que contiene. El dispositivo de lectura interpreta el código numérico binario (9) del CD y lo envía a un microchip DAC (Digital-to-Analog Converter – Convertidor Analógico a Digital) (10), que le devuelve a la señal su forma original analógica (11), para que el televisor pueda reproducir la imagen (12) correspondiente al video y la música (13) originales, que habían sido grabados y digitalizados inicialmente.
De esa forma, en el caso del sonido, por ejemplo, la señal digital una vez decodificada y convertida otra vez en señal analógica, se podrá enviar a la entrada de un amplificador para hacerla audible nuevamente. En el caso de los ordenadores el “modem” (modulador-demodulador) en conjunto con un “router” es el dispositivo encargado de cumplir las funciones de conversión analógico-digital/digital-analógico para que podamos recibir y/o enviar e-mails, chatear, hablar empleando la telefonía IP, o abrir páginas web cuando las solicitamos en el explorador de Internet.
Router ADSL inalámbrico, que conectado a la línea telefónica en conjunto con un modem, permite recibir y/o enviar información en forma de texto, voz e imagen cuando se emplea con uno o varios ordenadores.
GRABACIÓN DEL SONIDO DIGITAL
Esquema simplificado de digitalización del sonido. En (1) aparece la simulación de una onda de sonido analógico (voz, música o efectos) que recibe y capta el micrófono (2). A continuación ese dispositivo convierte esa onda analógica sinusoidal de variaciones continuas e infinitas en una corriente eléctrica de voltaje o tensión variable (3), similar a la onda o suma de ondas de los diferentes sonidos que ha captado. Seguidamente un DAC (Conversor Analógico-Digital) (4) realiza su digitalización, convirtiéndola en una señal discreta y finita compuesta por una cadena de (ceros) “0” y (unos) “1” .
La tecnología de grabación analógica registra las vibraciones del sonido en forma de una onda sinusoidal variable que permite reproducir después manteniendo la misma forma de la onda original. La tecnología digital, por su parte, emplea la tecnología analógica al principio del proceso para captar los sonidos que van se van a grabar de forma digital y posteriormente para reproducirlos y hacerlos audibles de nuevo, tal como se explica a continuación:
Primero: para realizar una grabación digital, la onda sinusoidal del sonido (en su forma analógica original) se capta primero empleando uno o varios micrófonos, o utilizando también otra fuente auxiliar de reproducción analógica (como un tocadiscos reproduciendo el sonido de un disco de vinilo), tal como se hacían las mezclas de sonido hace años atrás, cuando las grabaciones se realizaban empleando solamente la tecnología analógica.
Segundo: los valores de las diferentes tensiones o voltajes que posee la onda sinusoidal analógica de los sonidos que capta el micrófono o se reproducen por cualquier otro dispositivo analógico, para proceder a su digitalización es necesario transformarlos en valores numéricos binarios compuesto por “1” (unos) y “0” (ceros), que permitan crear archivos de sonido digital con sus correspondientes capacidades en bytes, kilobytes (kB), Megabytes (MB) o Gigabytes (GB).
Tercero: los valores numéricos binarios que se obtienen como resultado de la conversión analógico a digital no son audibles ni visibles si tratamos de reproducirlos directamente en su forma numérica representada por unos y ceros (correspondientes a los bytes de sonido). Por tanto, se hace necesario efectuar un proceso inverso, o sea, realizar una conversión de digital a analógica en la que se obtenga nuevamente una onda de sonido similar a la sinusoide analógica original que captó el micrófono. Una vez realizada esta conversión, la señal analógica que se obtiene como resultado se puede amplificar y hacer audible de nuevo.
A manera de aclaración, ni el micrófono, ni ningún otro equipo de reproducción de sonido analógico, es capaz por sí mismo de convertir en código binario los sonidos que capta o reproduce sin el empleo del correspondiente dispositivo o microchip electrónico denominado ADC (Analog-to-Digital Converter – Convertidor Analógico-Digital). Este dispositivo realiza primero un “muestreo” (sampling) en cada punto y a todo lo largo de la señal analógica, tomando varios miles de muestras por segundo. A continuación esas muestras se cuantifican (quantization) y por último se codifican en código numérico binario que se almacenan en archivos con sus correspondientes capacidades en bytes, kilobytes (kB), megabytes (MB) o gigabytes (GB) de sonido.
Para que la grabación digital se realice con la mayor calidad posible, o lo que es lo mismo, con la denominada “calidad de CD”, el convertidor debe realizar una tasa de muestreo ascendente a 44,100 muestras (o sea, tomar cuarenta y cuatro mil cien muestras por segundo). Eso significa que durante la conversión de la señal analógica en digital, se crean 44,100 combinaciones de “1” (unos) y “0” (ceros) por segundo. De esa forma, mientras mayor sea la tasa que se emplee mayor será también la cantidad de datos que contendrá la señal digital y, por tanto, mayor la calidad y fidelidad del sonido digital que se graba en el soporte de almacenamiento masivo escogido, ya sea un disco duro, una cinta magnetofónica, un CD, un DVD, un mp3, etc. No obstante la calidad y fidelidad resultante que se obtiene de una grabación digital es inherente en sí misma a la propia calidad de los equipos con los cuales se realiza la grabación, así como la calidad del equipo que la reproduce después. Una grabación realizada en un equipo de bajo coste, se reproducirá después con poca calidad aunque se emplee un equipo de reproducción de sonido costoso y de alta fidelidad. De la misma forma una grabación de buena calidad realizada en un estudio profesional de sonido, si se reproduce en un equipo barato y, por tanto, de poca calidad, no se escuchará tampoco igual que cuando la reproducimos en un equipo más costoso y de alta fidelidad.
Como ya se explicó, una grabación digital no es audible como tal si no se reconstruyen de nuevo las variaciones de tensión o voltaje que tenía la señal analógica variable que le dio origen. Para desempeñar esa función se emplea un DAC (Digital-to-Analog Converter – Convertidor Digital-Analógico), que a una velocidad vertiginosa de trabajo convierte de nuevo los valores numéricos binarios en los valores correspondientes a las variaciones de tensión o voltaje que tenía la onda analógica original antes de ser digitalizada. De esa forma la señal se reconstruye para que pueda ser audible de nuevo con el empleo de un amplificador de sonido.
GRABACIÓN DE IMÁGENES DIGITALES
Como el avance de la ciencia y la técnica no se detienen y lo nuevo sustituye a lo viejo o ya obsoleto, tanto la fotografía fija como la grabación de imágenes en movimiento o de video han ido dejando de ser "analógicas" para convertirse en "digitales". Incluso las transmisiones de señales de los canales de televisión que hasta hace poco tiempo atrás eran solamente analógicas, están siendo sustituidas poco a poco por digitales. Entre 2008 y 2010 está programado lo que se ha denominado "apagón analógico", momento en que todas las estaciones de televisión se verán obligadas a cesar las transmisiones en analógico para pasar a transmitir exclusivamente en digital.
De la misma forma que el sonido analógico se puede convertir en digital,.
las imágenes analógicas fijas (como las de fotografía), o las imágenes en.- movimiento (como las de video), se pueden convertir también en digitales.
La figura de la izquierda muestra un sensor fotográfico digital CCD (Charge- Coupled Device – Dispositivo de carga acoplada). Este sensor convierte las- imágenes que recibe a través del objetivo de la cámara, en señales- analógicas de corriente alterna.
Habíamos visto anteriormente, que en el caso del sonido analógico el micrófono es el dispositivo destinado a captar los sonidos y convertirlos en variaciones de tensión o voltaje, para que a continuación un ADC (Conversor Analógico-Digital) los convierta, a su vez, en señales digitales. Sin embargo, en el caso de las cámaras fotográficas y videocámaras digitales una función similar a la que realiza el micrófono con el sonido, lo realiza un sensor CCD (Charge Coupled Device – Dispositivo de carga acoplada) o, en su defecto, un sensor CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor – Semiconductor de óxido metálico complementario), según adopte el fabricante de la cámara. Ambos tipos de sensores convierten la luz de las imágenes que reciben a través del objetivo fotográfico en variaciones de tensión o voltaje alterno analógico, que a continuación un Conversor Analógico-Digital (AD), se encarga de digitalizar.
Ilustración simplificada de los componentes internos de una cámara fotográfica digital. En el caso de las cámaras de video, aunque algunas pueden emplear también una tarjeta para almacenar las imágenes que se van tomando, lo más común es que utilicen una cinta de video digital (DV), un DVD, o un disco duro como medio de almacenamiento masivo.
Las cámaras fotográficas y de video digitales, se componen de un objetivo fotográfico (2),integrado por una combinación de diferentes lentes; un sensor CCD o un CMOS (3), que convierte las imágenes captadas (1) en variaciones de voltaje o tensión analógica (4); un conversor ADC (5), que convierte a continuación las señales analógicas en señales digitales. Un sistema de procesamiento de la señal digital DSP (7), que procesa las imágenes y las envía a un medio de almacenamiento masivo (tarjeta, DVD, disco duro, cinta de video) (9) donde se guardan las imágenes digitalizadas. La pequeña pantalla en función de monitor (11) ayuda a visualizar y encuadrar las imágenes a fotografiar, revisarlas o visualizarlas una vez que se han captado y después de haber sido sometidas previamente a un proceso de conversión digital-analógico empleando un DAC (Digital-to-Analog Converter – Convertidor Digital-Analógico) que permite hacerlas de nuevo visibles.
Muchas Gracias a todos por entrar al post, y porfavor, si van a comentar, haganlo bien porfavor.
Hagamos notar la Inteligencia Colectiva
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