數字電路中數字信號知識
數字信號指自變量是離散的、因變量也是離散的信號，這種信號的自變量用整數表示，因變量用有限數字中的一個數字來表示。在計算機中，數字信號的大小常用有限位的二進制數表示，例如，字長為2位的二進制數可表示4種數字信號，它們是00、01、10和11 。
由于數字信號是用兩種物理狀態來表示0和1的，故其抵抗材料本身干擾和環境干擾的能力都比模擬信號強很多；在現代技術的信號處理中，數字信號發揮的作用越來越大，幾乎復雜的信號處理都離不開數字信號；或者說，只要能把解決問題的方法用數學公式表示，就能用計算機來處理代表物理量的數字信號。
在數字電路中，由于數字信號只有0、1兩個狀態，它的值是通過中央值來判斷的，在中央值以下規定為0，以上規定為1，所以即使混人了其他干擾信號，只要干擾信號的值不超過閩值范圍，就可以再現出原來的信號。即使因干擾信號的值超過閡值范圍而出現了誤碼，只要采用一定的編碼技術，也很容易將出錯的信號檢測出來并加以糾正因此，與模擬信號相比，數字信號在傳輸過程中具有更高的抗干擾能力，更遠的傳輸距離，且失真幅度小。
數字信號在傳輸過程中不僅具有較高的抗干擾性，還可以通過壓縮，占用較少的帶寬，實現在相同的帶寬內傳輸更多、更高音頻、視頻等數字信號的效果。此外，數字信號還可用半導體存儲器來存儲，并可直接用于計算機處理。若將電話、傳真、電視所處理的音頻、文本、視頻等數據及其他各種不同形式的信號都轉換成數字脈沖來傳輸，還有利于組成統一的通信網。
從原始信號轉換到數字信號一般要經地抽樣、量化和編碼這樣三個過程。抽樣是指每隔一小段時間,取原始信號的一個值。間隔時間越短,單位時間內取的樣值也越多,這樣取出的一組樣值也就越接近原來的信號。抽樣以后要進行量化，量化就是把取出的各種各樣的樣值僅用我們指定的若干個值來表示。最后就是編碼,把量化后的值分別編成僅由0和1這兩個數字組成的序列,由脈沖信號發生器生成相應的數字信號。這樣就可以用數字信號進行傳送了。
首先介紹 抽樣
話音信號是模擬信號，它不僅在幅度取值上是連續的，而且在時間上也是連續的。所謂抽樣就是每隔一定的時間間隔T，抽取話音信號的一個瞬時幅度值(抽樣值)，抽樣后所得出的一系列在時間上離散的抽樣值稱為樣值序列。抽樣后的樣值序列在時間上是離散的，可將各個抽樣值經過量化、編碼變換成二進制數字信號。理論和實踐證明，只要抽樣脈沖頻率f≥2fm (fm是話音信號的最高頻率)，則抽樣后的樣值序列可不失真地還原成原來的話音信號。
例如，一路電話信號的頻帶為300～3400Hz，fm=3400Hz，則抽樣頻率f≥2×3400=6800Hz。如按6800Hz的抽樣頻率對300～3400Hz的電話信號抽樣，則抽樣后的樣值序列可不失真地還原成原來的話音信號，話音信號的抽樣頻率通常取8000Hz。
接下來介紹 量化
抽樣把模擬信號變成了時間上離散的脈沖信號，但脈沖的幅度仍然是模擬的，還必須進行離散化處理，才能最終用數碼來表示。這就要對幅值進行舍零取整的處理，這個過程稱為量化。量化有兩種方式，量化方式中，取整時只舍不入，即0～1伏間的所有輸入電壓都輸出0伏，1～2伏間所有輸入電壓都輸出1伏等。采用這種量化方式，輸入電壓總是大于輸出電壓，因此產生的量化誤差總是正的，最大量化誤差等于兩個相鄰量化級的間隔Δ。量化方式在取整時有舍有入，即0～0.5伏間的輸入電壓都輸出0伏，0.5～1?5伏間的輸出電壓都輸出1伏等等。采用這種量化方式量化誤差有正有負，量化誤差的絕對值最大為Δ/2。因此，采用有舍有入法進行量化，誤差較小。
實際信號可以看成量化輸出信號與量化誤差之和，因此只用量化輸出信號來代替原信號就會有失真。一般說來，可以把量化誤差的幅度概率分布看成在-Δ/2～ Δ/2之間的均勻分布?？梢宰C明，量化失真功率?，即與最小量化間隔的平方成正比。最小量化間隔越小，失真就越小。最小量化間隔越小，用來表示一定幅度的模擬信號時所需要的量化級數就越多，因此處理和傳輸就越復雜。所以，量化既要盡量減少量化級數，又要使量化失真看不出來。一般都用一個二進制數來表示某一量化級數，經過傳輸在接收端再按照這個二進制數來恢復原信號的幅值。所謂量化比特數是指要區分所有量化級所需幾位二進制數。例如，有8個量化級，那么可用三位二進制數來區分，因為，稱8個量化級的量化為3比特量化。8比特量化則是指共有個量化級的量化。
最后介紹 編碼
抽樣、量化后的信號還不是數字信號，需要把它轉換成數字編碼脈沖，這一過程稱為編碼。最簡單的編碼方式是二進制編碼。具體說來，就是用n比特二進制碼來表示已經量化了的樣值，每個二進制數對應一個量化值，然后把它們排列，得到由二值脈沖組成的數字信息流。編碼過程在接收端，可以按所收到的信息重新組成原來的樣值，再經過低通濾波器恢復原信號。用這樣方式組成的脈沖串的頻率等于抽樣頻率與量化比特數的積，稱為所傳輸數字信號的數碼率。顯然，抽樣頻率越高，量化比特數越大，數碼率就越高，所需要的傳輸帶寬就越寬。除了上述的自然二進制碼，還有其他形式的二進制碼，如格雷碼和折疊二進制碼等。
在通信理論中，編碼分為信源編碼和信道編碼兩大類。所謂信源編碼是指將信號源中多余的信息除去，形成一個適合用來傳輸的信號。為了抑制信道噪聲對信號的干擾，往往還需要對信號進行再編碼，編成在接收端不易為干擾所弄錯的形式，這稱為信道編碼。為了對付干擾，必須花費更多的時間，傳送一些多余的重復信號，從而占用了更多頻帶，這是通信理論中的一條基本原理。
綜上，介紹了數字信號，數字信號在傳輸過程中不僅具有較高的抗干擾性，還可以通過壓縮，占用較少的帶寬，簡要介紹了從原始信號轉換到數字信號所進行的抽樣、量化和編碼三個過程。
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