什么是模拟信号
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2023年2月27日发(作者：切西瓜游戏幼儿园)【硬见⼩百科】数字信号与模拟信号的区别
模拟数据(AnalogData)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压⼒，以及⽬前在电话、⽆线电和电视⼴播中
的声⾳和图像。数字数据(DigitalData)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中⽤⼆进制代码表⽰的字
符、图形、⾳频与视频数据。⽬前，ASCII美国信息交换标准码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)
已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通⽤的信息交换标准代码，使⽤7位⼆进制
数来表⽰⼀个英⽂字母、数字、标点或控制符号；图形、⾳频与视频数据则可分别采⽤多种编码格式。
模拟信号与数字信号
(1)模拟信号与数字信号
不同的数据必须转换为相应的信号才能进⾏传输：模拟数据⼀般采⽤模拟信号(AnalogSignal)，例如⽤⼀系列连续变化
的电磁波(如⽆线电与电视⼴播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的⾳频电压信号)来表⽰；数字数据则采⽤数字信
号(DigitalSignal)，例如⽤⼀系列断续变化的电压脉冲(如我们可⽤恒定的正电压表⽰⼆进制数1，⽤恒定的负电压表⽰
⼆进制数0)，或光脉冲来表⽰。当模拟信号采⽤连续变化的电磁波来表⽰时，电磁波本⾝既是信号载体，同时作为传输
介质；⽽当模拟信号采⽤连续变化的信号电压来表⽰时，它⼀般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话⽹、有线电视
⽹)来传输。当数字信号采⽤断续变化的电压或光脉冲来表⽰时，⼀般则需要⽤双绞线、电缆或光纤介质将通信双⽅连
接起来，才能将信号从⼀个节点传到另⼀个节点。
(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换
模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号⼀般通过PCM脉码调制(PulseCodeModulation)⽅法量化为数字信
号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的⼆进制值，例如采⽤8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实⽤
中常采取24位或30位编码；数字信号⼀般通过对载波进⾏移相(PhaseShift)的⽅法转换为模拟信号。计算机、计算机局
域⽹与城域⽹中均使⽤⼆进制数字信号，⽬前在计算机⼴域⽹中实际传送的则既有⼆进制数字信号，也有由数字信号转
换⽽得的模拟信号。但是更具应⽤发展前景的是数字信号。
信号家族两兄弟
信号是运载消息的⼯具，是消息的载体。从⼴义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代⼈利⽤点燃烽⽕
台⽽产⽣的滚滚狼烟，向远⽅军队传递敌⼈⼊侵的消息，这属于光信号；当我们说话时，声波传递到他⼈的⽿朵，使他
⼈了解我们的意图，这属于声信号；遨游太空的各种⽆线电波、四通⼋达的电话⽹中的电流等，都可以⽤来向远⽅表达
各种消息，这属电信号。⼈们通过对光、声、电信号进⾏接收，才知道对⽅要表达的消息。
在信号这个⼤家族中，有两兄弟特别引⼈注⽬，就是“模拟”和“数字”。
什么是“模拟”？
“模拟”是“数字”的兄长。
“模拟”是对我们⽣活的实体的⼀种表达⽅式。
⽐如说你在看⼀本书，⽩纸⿊字映⼊你的眼帘，在你的⼤脑中就会有反应，你从书中知道了⼀些东西，我们说印在纸上
的字是⼀种“模拟”。与此相类似，你⽤笔在纸上记下的⼀个电话号码或是写下的⼀⾸诗歌，还有刻在⽯头上的古代碑
⽂，这些都是“模拟”。除了⽂字以外，我们在⽣活中还能见到许多“模拟”的东西，⽐如说⼀幅风景画，⼜⽐如说你在电视
上或是电影院的屏幕上看到听到了孩⼦们的欢歌笑语，你在电话⾥听到了朋友的声⾳。
“模拟”需要载体或是信息的存储媒体，⽐如说⼀张⽩纸，⼜⽐如说是⼀盒胶卷。
“模拟”需要⼯具，⽐如说你有⼀台电视机，那么电视机的荧光屏和喇叭都属于模拟设备。
“模拟”需要传播⽅式，⽐如说你可以和⼀个⼗⼏⽶外的朋友说话，但是如果你的朋友在⼏百公⾥以外，你就不得不需要
电话，电话⽹通过“模拟信号”将你的声⾳传到了⼏百公⾥甚⾄⼏千公⾥以外。
什么是“数字”？
什么是“数字”？
类似于“模拟”，数字也是我们⽣活中的实体的⼀种表达⽅式。
你可以⽤笔在纸上记下⼀个电话号码，也可以把这个电话号码输⼊你的计算机存储器；你可以看⼀本印刷成册的书，也
可以看存储在CD-ROM中的电⼦出版物；你可以听收⾳机播放的⾳乐，也可以听⼀盘⾳乐光盘（CD）。
数字信息的最⼩度量单位叫做“⽐特”，有时也叫“位”，意即⼆进制的⼀位。在媒体中传输的讯号是以⽐特的电⼦形式组成
你的数据。
⽐特的定义是：⽐特是⼀种存在的状态：开或关，真或伪，上或下，⼊或出，⿊或⽩。出于实⽤的⽬的，我们把⽐特想
成1或0。
应该说这个定义相当准确，但⼀个在电脑和英语⽅⾯知识程度不⾼的⼈仍然没有弄懂“⽐特”究竟是什么。
“⽐特”是英语bit⼀词的⾳译。bit⼀词是由binary（⼆进制的）和digit（数字）两个词压缩⽽成的，所以bit即“⼆进制数
字”，亦即0和1。“数字时代”准确的意思是“⼆进制数字时代”或“⽐特时代”那么这0和1到底是什么意思呢？我们从⼀个简
单的例⼦说起。
在使⽤电脑的时候，我们可以根据我们的需要和喜好，通过⼀些位于显⽰器底部的旋钮来调节显⽰图形，在这些旋钮下
⾯，分别写着center（居中度）、size（⼤⼩）、brightness（亮度）、contrast（对⽐度）。这些调节都有⼀定的可调
幅度，我们可能在这个幅度内任意选择哪⼀种居中度、⼤⼩等。除这些旋钮外，还有⼀个“机关”却不是这样，这个机关
的两边分别写着0和1。这就是显⽰屏的开关。它没有调节幅度，通过它我们只能选择⾮此即彼的两种状态：开（on）和
关（off）。显⽰屏的亮度、对⽐度等都有两个极点，在这两个极点之间的“值”是多值性的。⽽开关的周期只有两个值，
即它的两个极点。“进制”的“进”，就是周期所包含的“值”。⽐如“⼗进制”数字，就是⼀个变化周期⾥包含⼗个“值”数字。同
样道理，⼆进制数字就是变化周期⾥包含⼆个值的数字。我们采⽤何种“进制”对⼀种事物的存在状态计数，表⾯上，要
看衡量事物状态的“值”的多少，其实“进制”与事物的状态值并⽆必然的、唯⼀的关联。事实上，电脑完全可以⽤0和1这
两个数字将多进制状态的“值”表⽰或“翻译”出来。数是抽象的，但数的观念却源于⼈的具体的感觉经验。我们对于⼗进制
计数⽅法习以为常。当⼀个⼈说“⼀年有12个⽉”这句话时，他可能觉得“12”这个数字唯⼀正确地表⽰了⼀年的⽉份数。
进⽽他可能会认为，数字与事物的数量同样都是客观的--除了说⼀年有12个⽉，你还能说⼀年有多少个⽉？
这是对于数字本质的⼀种似是⽽⾮的看法。极端地说，对于“⼀年有多少个⽉”这个问题，可以有很多不同的“答案”。这样
说听起来简直荒唐透顶，细究起来却并不然。当我们采⽤不同进制来表⽰事物的数量时，我们对事物的数量就可以说出
不同的“答案”，⽽且这些“答案”都是对的。⽐如可以说⼀⼈有65岁，也可说他有01000001岁。只是后⼀种说法我们听起
来相当别扭，因为我们早已习惯了⽤⼗进制数字来表达数量。如果采⽤“六进制”数字（世界上似乎还没有哪个民族采⽤
过这种进制的数字），那么就可以说⼀年有⼆“六”个⽉。如果螃蟹有朝⼀⽇进化到与⼈接近的⽔平，它们很可能采⽤“⼋
进制数字”来计数，那么在它们看来，⼀年就有⼀“⼋”⼜四个⽉。
这样说并⾮完全是开玩笑。我只是想说明，“数字”其实并⾮我们通常所认为的那样“客观”。说到底，它是⼈对于客观事物
的数量的主观映象。
除了“⽐特”（bit），我们还经常会遇到⼏个数字信息度量单位。字节（byte）是⼀种⽐“⽐特”更抽象或是⾼级的度量单
位，⼀般来说，⼀个字节有8位，即8个⽐特。还有三个缩写，“K”、“M”和“G”。1K＝1024，在中⽂⾥我们通常叫
它“千”；1M＝1024×1K，在中⽂⾥我们通常叫它“兆”；1G＝1024×1M，在中⽂⾥我们通常叫它“千兆”或者“吉”。
⽐特（位）通常⽤于数据在⽹络上传输的情况下，⽐如我们⼀般都说这条电话线⼀秒钟可以传送9600⽐特的⼆进制流，
⽽不是说1200字节。字节通常⽤在数据的存储系统中，⽐如说这个⽂件的⼤⼩是2M，这⾥指的是字节⽽不是⽐特，⼜
⽐如是1.44M软盘、20G硬盘，指的也是字节。
模拟信号和数字信号有着很⼤的区别。模拟信号是⽤连续变化的数值来表⽰要说明的信息；数字信号是⽤有限
个“0”和“1”的代码来表⽰信息中某⼀个字符，当很多字符组合起来时，才能表达完整的信息。
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