DESARROLLO
DIGITALIZACIÓN
Conversión
analógica-digital
La conversión analógica-digital (CAD) consiste en la
transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de
facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal
resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que
son más sensibles las señales analógicas.
Comparación de las
señales analógica y digital
Una señal analógica es aquella cuya amplitud (típicamente tensión de una señal
que proviene de un transductor y amplificador) puede tomar en principio
cualquier valor, esto es, su nivel en cualquier muestra no está limitado a un
conjunto finito de niveles predefinidos como es el caso de las señales
cuantificadas.
En cambio, una señal
digital es aquella cuyas dimensiones (tiempo y amplitud) no son continuas sino
discretas, lo que significa que la señal necesariamente ha de tomar unos
determinados valores fijos predeterminados en momentos también discretos.
Las señales analógicas no se diferencian, por tanto, de las
señales digitales en su precisión (precisión que es finita tanto en las
analógicas como en las digitales) o en la fidelidad de sus formas de onda
(distorsión). Con frecuencia es más fácil obtener precisión y preservar la
forma de onda de la señal analógica original (dentro de los límites de
precisión impuestos por el ruido que tiene antes de su conversión) en las
señales digitales que en aquéllas que provienen de soportes analógicos,
caracterizados típicamente por relaciones señal a ruido bajas en comparación.
Digitalización
La digitalización o conversión analógica-digital
(conversión A/D) consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de
la amplitud (tensión) de una señal (por ejemplo, la que proviene de un
micrófono si se trata de registrar sonidos, de un sismógrafo si se trata de
registrar vibraciones o de una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel
variable de tensión de interés), redondear sus valores a un conjunto finito de
niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y
registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte.
En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en la conversión analógica-digital:
- 1. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling)
consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con
que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo
que se conoce como frecuencia de muestreo.
- 2. Retención (en inglés, hold): las muestras
tomadas han de ser retenidas (retención) por un circuito de retención (hold),
el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el
punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya que se trata de un
recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo
matemático.
- 3. Cuantificación: en el proceso de cuantificación
se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un
margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida. Incluso en
su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a la señal de
entrada: el ruido de cuantificación.
- 4. Codificación: la codificación consiste en
traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay
que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también
existen otros tipos de códigos que también son utilizados.
- Durante el muestreo y la retención, la señal aún es
analógica, puesto que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de
la cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la señal ya es
digital.
Ejemplo de digitalización
Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un
microprocesador no pueden interpretar señales analógicas, ya que sólo utiliza
señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo
que se denomina proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a
digitales.
En la gráfica inferior se observa una señal analógica, que
para ser interpretada en un ordenador ha de modificarse mediante
digitalización. Un medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto
tiempo se lee el valor de la señal analógica.
1. Si el valor de la señal en ese instante está por debajo
de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).
2. Cuando la señal analógica se encuentra por encima del
valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1).
APLICACIÓN
A LA GEOFÍSICA
Digitalización de los
datos geofísicos
La forma de las ondas de interés geofísico es generalmente
una función continua del tiempo o la distancia. Para aplicar la potencia de una
computadora digital al análisis, los datos necesitan ser expresados en forma
digital, cualquiera que sea la forma en que se registren.
Una función continua (análoga) del tiempo o la distancia
puede ser expresada digitalmente muestreando la función a un intervalo fijo y
registrando los valores instantáneos en cada punto de muestra. Entonces, la
función análoga f(t) de la figura 2(a) puede ser representada como una función
digital g((t) de la figura 2(b), en la cual se reemplazó la función continua
por una serie de valores discretos a intervalos iguales y fijos de tiempo. Este
proceso es común a muchas mediciones geofísicas donde las lecturas son los
valores de algún parámetro, por ejemplo la intensidad del campo magnético
terrestre, en puntos de una línea de medición.
La extensión para la cual los valores digitales mejor
representan la forma original de la onda dependerá de la precisión de la
medición de las amplitudes y de los intervalos de las muestras. Formalmente, estos
dos parámetros de un sistema de digitalización son la precisión de muestreo
(rango dinámico) y la frecuencia de la muestra.
