| Artículos | 01 NOV 1997

Tecnología digital

Tags: Histórico
Oscar G. Peinado.

Ya hemos entrado de lleno en la era digital. Los teléfonos son digitales, la música es digital, las televisiones comienzan a emitir con señal digital, los periódicos lanzan sus ediciones digitales, a diario usamos varios ordenadores que manejan información digital (el cajero automático, las máquinas expendedoras, los torniquetes de acceso a instalaciones, etc.) y las pocas máquinas de escribir que no han sido sustituidas por ordenadores es porque son modelos electrónicos y, por lo tanto, digitales.

La evolución de las tecnologías de comunicación y almacenamiento de datos permitirán la convergencia de los distintos medios digitales, pues el empleo de un medio único para representar cualquier tipo de información, permite el uso de los mismos canales de comunicación y sistemas de almacenamiento con muy distintos fines. En las comunicaciones, la revolución es la fibra óptica. Se trata de un cableado especial que, en lugar de transmitir impulsos eléctricos, maneja impulsos luminosos. Sus principales ventajas respecto al cable tradicional son una mayor capacidad de transmisión (mas información por mm2), insensibilidad a las interferencias electromagnéticas y una menor atenuación de las señales, así como mayores velocidades de transmisión. En cuanto al almacenamiento de la información el principio fue el disco compacto, pero es la reciente presentación del DVD lo que permitirá unificar criterios en todas las industrias involucradas. En este caso, sus ventajas son su elevada capacidad y velocidad.

Diferencias entre lo analógico y lo digital

Se habla mucho de las ventajas de lo digital frente a lo analógico, pero, ¿cuáles son las diferencias?, ¿llegará a desaparecer todo lo analógico? Vayamos por partes. En primer lugar, hay que definir qué entendemos por analógico y por digital, y para ello introducimos el concepto "discreto" entre ambos. Una magnitud física tiene carácter analógico si su variación a lo largo del tiempo se realiza de forma continua, pudiendo tomar infinitos valores distintos. Todos los fenómenos físicos naturales (a nivel macroscópico) tienen carácter analógico. El sonido, la luz, etc. se pueden representar como ondas sin más que elegir la magnitud a medir y representarla en función del tiempo. Cuando hablamos de una magnitud discreta, nos referimos a aquellas cuya variación en el tiempo se realiza tomando únicamente cierto número de valores predefinidos, y sin poder tener ningún otro intermedio. Dicho de una forma coloquial "varia a saltos". Una variable digital es aquella de carácter discreto, que solo puede tomar dos valores, que llamaremos "0" y "1" lógicos, pero que no tienen porque coincidir, y de hecho no suelen hacerlo, con los valores de 0 y 1 voltios. En cuanto a la segunda pregunta que planteábamos, si desaparecerá todo lo analógico, la respuesta, evidentemente, es no. Puesto que las magnitudes naturales son analógicas, no podemos prescindir de ellas, sino que tenemos que convertirlas a formato digital si queremos trabajar en ellas con estos métodos. Tendremos que digitalizarlas.

¿Por qué digitalizar?

Existen tres motivos fundamentales que hacen ventajoso el uso de señales digitalizadas frente a su forma analógica: ahorro de espacio, inmunidad a las interferencias y homogeneidad de tratamientos. El ahorro de espacio se consigue gracias a las técnicas de compresión. Esto es posible por estar trabajando con una secuencia de bits (ceros o unos) de los que se pueden sacar ciertas conclusiones estadísticas. Si existe una secuencia que se repite con frecuencia, no es necesario enviarla o almacenarla todas las veces, tan solo se hace una vez, y después se indica que se repite tantas veces como sea necesaria. La inmunidad a las interferencias es posible por estar cuantificados los niveles. Así, cualquier ruido que pueda afectar a nuestra representación digital de la señal tiene que consistir en la tergiversación de alguno de los bits que la componen, es decir, un cero que se convierte en uno o viceversa. Partiendo de esto, se pueden diseñar sistemas de comprobación que garantizan la detección e incluso la corrección de errores, es decir, la eliminación de interferencias.

La homogeneidad de tratamientos consiste en la posibilidad de emplear las técnicas anteriores, y cualquier otra, en todos los tipos de información digital, ya sea esta la representación de una señal de vídeo, de audio, o cualquier otra. Cuando digitalizamos una onda pasamos de trabajar con un fenómeno físico, a trabajar con la medida del fenómeno en cuestión. Y la representación de esta medida depende exclusivamente de su naturaleza digital, y no del tipo de fenómeno que simboliza. Es decir, la representación digital de cualquier cosa siempre tiene las mismas propiedades y características. Gracias a esto, se simplifican considerablemente las técnicas de análisis y tratamiento de las señales.

¿Cómo se digitaliza una señal?

Para poder manejar adecuadamente cualquier magnitud natural, el primer paso es convertirla en una señal eléctrica. Este paso es, básicamente, el mismo tanto para tratamientos analógicos, como para los digitales, puesto que los transductores suelen generar señales analógicas. No entraremos ahora a hablar de transductores, pues es un tema sumamente extenso que no viene al caso tratar. Si trabajamos con sonidos, usaremos un micrófono; si es con luz, una célula fotoeléctrica; si con imágenes, una cámara. En cualquier caso vamos a suponer que ya disponemos de una señal eléctrica analógica que representa con mayor o menor complejidad el fenómeno con el que trabajamos.

Para realizar la conversión de una señal analógica a otra digital, son necesarios dos pasos: primero se cuantifica la señal y, en segundo lugar, se codifica. La cuantificación consiste en pasar de una representación analógica a otra discreta, es decir, representar la amplitud de la señal analógica con un número finito de valores distintos. Aquí es donde aparece el concepto de numero de bits que estamos acostumbrados a ver al tratar con convertidores ADC (Analog to Digital Converter, Convertidor de Analógico a Digital). Si el convertidor es de n bits, habrá 2n valores posibles en la cuantificación. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de bits, más pequeña será la diferencia entre dos valores consecutivos, y más fiel al original será la señal cuantificada. La codificación es la representación de cada uno de los valores posibles de la señal cuantificada mediante una combinación de unos y ceros.

Un concepto muy importante, a la hora de digitalizar una señal, es la frecuencia de muestreo, es decir, la frecuencia con que medimos el valor de la señal analógica para cuantificarlo y codificarlo. Según el Teorema del Muestreo, esta frecuencia debe de ser, como mínimo, el doble de la mayor frecuencia de la señal analógica que estemos convirtiendo. De no ser así, nos encontraríamos con representaciones ambiguas, que podrían corresponder a dos señales de frecuencia distinta, sin que dispusiéramos de método alguno para averiguar cual es la correcta. Este es el motivo de que las tarjetas de sonido y los reproductores de CD tengan una frecuencia de muestreo de 44,1 KHz, pues las frecuencias audibles por el ser humano van desde los 20 Hz a los 22 KHz. De este modo se garantiza que cualquier sonido audible podrá ser digitalizado sin problemas.

Existen tres métodos básicos para realizar una conversión de analógico a digital: por comparación, por conteo y por ponderación. El más utilizado es el último, que emplea aproximaciones sucesivas de la señal de entrada. El método de conteo se basa en la comparación de la entrada y la salida, incrementando o decrementando un contador hasta que ambas coinciden dentro de un margen predeterminado. El método de comparación es el más sencillo y rápido, pero también el más caro. En el se hace la comparación simultanea de la señal analógica con 2n señ

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