定义

数字信号是一种离散的、非连续的信号，它使用有限的数值集（通常是二进制的 0 和 1）来表示信息。与随时间平滑变化的模拟信号不同，数字信号在不同的级别之间跳跃，这使其对噪声具有鲁棒性，并且更容易用计算机处理。

为什么它很重要

数字信号是几乎所有现代电子设备（从智能手机和计算机到物联网传感器和通信网络）的支柱。其离散的特性允许完美复制和错误检测，这对于跨广阔网络的可靠数据存储和传输至关重要。

工作原理

从现实世界（模拟）到数字域的转换过程称为模数转换（ADC）。ADC 在固定时间间隔内对连续的模拟波形进行采样，并将这些样本量化为离散的数字值。然后，这些值被表示为二进制代码。

常见用例

数字信号无处不在。它们被用于：

• 数据存储： 硬盘驱动器、固态硬盘和内存都以数字比特的形式存储信息。
• 通信： Wi-Fi、蜂窝网络和光纤以数字脉冲序列的形式传输数据。
• 数字音频/视频： MP3 文件和数字视频流完全依赖于数字信号编码。

主要优势

使用数字信号的主要优势包括：

• 抗噪声性： 数字系统比模拟系统能更有效地过滤随机电噪声。
• 易于处理： 数学运算（如滤波、压缩和加密）在数字硬件上易于实现。
• 完美复制： 数字数据可以无限次复制而不会质量下降。

挑战

尽管数字信号处理很稳健，但它引入了与采样率和量化误差相关的挑战。如果采样率太低（违反奈奎斯特定理），可能会丢失关键信息，导致混叠。

相关概念

与数字信号密切相关的关键概念包括模拟信号、采样率、量化和二进制代码。