Digitalsignal
Ein Digitalsignal (von lat. digitus = Finger; mit Fingern wird gezählt) überträgt eine Information, zum Beispiel eine elektrische Wechselspannung, in Form einer Zahlenkolonne, die die Information mathematisch beschreibt, im Gegensatz zum Analogsignal, das eine physikalische Größe entweder direkt überträgt oder durch eine andere physikalische Größe abbildet.
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Quantisierung und Diskretheit
Zur Umwandlung in ein Digitalsignal muss das analoge Ausgangssignal zunächst zeitlich quantisiert werden, das heißt in feste Zeit-Intervalle zerlegt. Beispiel: bei der Aufnahme einer Audio-CD wird jeder Kanal (links/rechts) des Ausgangssignals 44.100-mal pro Sekunde abgetastet. Diese Frequenz von 44,1 kHz bezeichnet man als Samplingfrequenz oder Abtastrate. Details des Ausgangssignals, die feiner sind als dieses Zeitraster, können nicht erfasst werden.
Die so gewonnenen einzelnen Werte („Samples”) sind noch kontinuierlich, das heißt: sie können jeden beliebigen Wert besitzen. Um diese Werte in Zahlenform darstellen zu können, müssen sie zunächst durch Rundung in ein festes Werte-Raster eingepasst werden. Diese Wortbreite oder Auflösung des Digitalsignals ergibt sich aus der Codierung der gewonnenen Werte als Binärzahlen: auf der Audio-CD stehen für jeden Wert 16 Binärstellen (Bits) zur Verfügung, was 216=65.536 mögliche Werte ergibt.
Jeder dieser Stufen wird eine Zahl zugeordnet. Das Digitalsignal schließlich besteht nur noch aus der so gewonnenen Zahlenreihe.
Anwendung
Solange die Zahlenreihe des Digitalsignals beim Zielsystem überhaupt lesbar ist, ist die Übertragung vollkommen verlustfrei und störsicher, da eine Störung bis zu einem gewissen Grad als „Nicht-Zahlenwert” aussortiert werden kann oder überhaupt nicht erst erfasst wird.
Die Übertragung eines Digitalsignals stellt an das Übertragungssystem (zum Beispiel ein Kabel) daher wesentlich geringere Anforderungen als eine vergleichbar gute Übertragung eines Analogsignals.
Ist das Digitalsignal allerdings am Ziel infolge zu starker Störungen nicht lesbar, ist keine Wiedergabe, auch keine ungefähre, mehr möglich.
Eine Bearbeitung eines Digitalsignals ist in jedem Fall nichts weiter als ein Rechenvorgang, da ja nicht mit konkreten Werten, sondern nur mit Zahlen gearbeitet wird. Die Möglichkeiten dieser Techniken werden nur durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt.
Digitalsignale können nach Belieben auf digitalen Datenträgern gespeichert und ausgetauscht werden. Kopien sind verlustfrei möglich.
Bedeutung
Aufgrund der digitalen Revolution hat die Nutzung digitaler Signale drastisch zugenommen. Mittlerweile basieren die meisten Haushaltsgeräte entweder vollständig oder zumindest in großen Teilen auf Digitalsignalen. Moderne Kommunikationssysteme wie das Internet und die Mobiltelefonie basieren auf einem digitalen Signalnetz. Die Vorteile gegenüber analoger Technik sind vielseitigere Bearbeitungsmöglichkeiten in Computern und die fehlerfreie Speicherfähigkeit über lange Zeit, beispielsweise auf CD-ROMs.
Hierbei werden die digitalen Werte üblicherweise als Binärzahlen repräsentiert, so dass ihre Quantisierung in Bits gemessen wird.
Siehe auch
Digital-Analog-Umsetzer, Analog-Digital-Umsetzer, Analogsignal
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