Цифровые технологии

Цифровое кодирование информации на основе двоичной системы Г. Лейбница, применённое для выполнения вычислений в арифмометрах и компьютерах, оказалось пригодно для кодирования любого вида информации: звуковой, графической, текстовой. В 1970-х гг. цифровые технологии начали применяться не только в вычислительной технике. В это время были созданы системы цифрового кодирования звука и цвета, появились первые цифровые магнитофоны и цифровые фотокамеры.

Цифровая звукозапись

Звуковые колебания преобразуются в электромагнитную волну, частота которой соответствует высоте звука, скорости смены звуковых волн, а амплитуда (высота) волны — его громкости. При записи на грампластинку или магнитную ленту электромагнитная волна, непрерывно меняющая длину, частоту и напряжение тока, также непрерывно меняет глубину звуковой бороздки на пластинке или степень намагниченности ленты. В цифровом кодировании каждому из множества значений напряжения присвоен свой цифровой код.

Чтобы оцифровать конкретную мелодию, надо множество раз в секунду замерить значения напряжения её электромагнитной волны, приравнять эти значения к уже имеющимся кодам и записать мелодию в виде последовательного набора битов. Цифровая информация не будет непрерывной, как аналоговая, — как бы часто ни проводились замеры, некоторая часть звуковой информации будет потеряна. Но качественная цифровая звукозапись приближена к аналоговой настолько, что даже самый чуткий слух не уловит разницы.

Цифровую звукозапись можно легко и без потери качества обрабатывать с помощью компьютерных программ: менять интенсивность звука в любой точке или накладывать одну звукозапись на другую, например голос на музыку.

Цифровой звук в массы

Первый цифровой магнитофон, записывающий звуки на магнитную ленту цифровым кодом, появился в 1967 г. в Японии. Оцифрованная музыка звучала значительно «чище» записей на аналоговых магнитофонах, поэтому, несмотря на высокие цены, «цифровики» стали приобретать студии звукозаписи. Массовый покупатель заинтересовался цифровой звукозаписью с появлением в 1980-х гг. СD-дисков, на которых лазером записывался оцифрованный звук, а воспроизводился с помощью звуковой карты компьютера или музыкального центра.

Цифровая звукозапись. Звуковые колебания (l) в микрофоне (2) преобразуются, в электромагнитный аналоговый сигнал (3), поступающий в электронное устройство — аналогово — цифровой преобразователь (АЦП) (4). АЦП «режет» аналоговый Д сигнал на маленькие временные отрезки (доли секунды), замеряет в них показатели напряжения и присваивает каждому значению напряжения заранее определённый цифровой код. Так АЦП превращает аналоговый сигнал в последовательную серию битов, которая записывается на цифровой носитель (5). Считывание цифровой звукозаписи происходит обратным образом — цифровой код поступает в цифро — аналоговый преобразователь (ЦАП) (6), где преобразуется в электрический аналоговый сигнал (7), который, создавая колебания в мембране репродуктора (8), воспроизводит звук (9).

Оцифровка изображений

Зрительную информацию мы воспринимаем в пространстве непрерывно — каждая область изображения плавно перетекает в соседнюю. Для оцифровки изображение разбивают на множество одинаковых областей — пикселей. Интенсивность освещенности и цветовая характеристика каждого пикселя описывается цифровым кодом.

Часть световой и цветовой информации при этом теряется, потому что пиксельное изображение не плавное, а дискретное, мозаичное. Количество пикселей, на которые разбивается единица площади изображения, называется разрешением. Чем выше разрешение (больше пикселей на единицу площади), тем чётче изображение.

Цифровая фотография

Первыми применили оцифровку графических изображений американцы при обработке фото- и телематериалов, полученных при исследовании Луны и других космических объектов. В 1972 г. американская компания «Техас инструментс» запатентовала первый прототип цифровой фотокамеры, в которой вместо плёнки с химическим светочувствительным покрытием использовалась электронная матрица. Под воздействием света в каждом зерне матрицы происходило изменение электрического заряда, создающего аналоговый сигнал. Этот сигнал с помощью аналогово-цифрового преобразователя переводился в цифровые файлы и записывался на магнитную плёнку. Просматривать эту плёнку можно было с помощью телевизора.

Цветовая модель RGB (red, green, blue — красный, зелёный, синий). Пиксель на экране монитора состоит из трёх субпикселей основных цветов RGB.

В 1981 г. японская компания Sony выпустила первую коммерческую цифровую фотокамеру Маука, которую можно было подключить к цветному принтеру для печати фотографий. Цифровые фотокамеры, по качеству фотографий приближающиеся к аналоговым плёночным камерам, появились только в середине 1990-х гг. С развитием компьютерной техники цифровая фотография, не требующая расхода фотоплёнки, удобная для хранения и обработки, почти полностью вытеснила аналоговую.

Развитие идеи

Цифровые технологии применяются повсеместно в обработке текстов, телефонной связи, телевидении. Учёные пользуются цифровой аппаратурой, медицина — компьютерной диагностикой, художники — графическими компьютерными программами, музыканты — цифровой обработкой звука.