Digitálna technika

Digitálny vlastne znamená číslicový, teda v digitálnej komunikácii sa všetko redukuje na postupnosť čísel. Výsledkom je rýchlejšia reprodukcia, ktorá sa navyše ľahšie ukladá a nie je skreslená. Digitálna komunikáčia, ktorá sa navyše ľahšie ukladá a nie je skreslená. Digitálna komunikácia sa ohla stať skutočnosťou až po príchode počítačov, ktoré umožnilii manipulovať s číslami.
 
Analógové a digitálne signály
Systémy, v ktorých sa využívajú spojité signály, nazývame analógové, pretože sa v nich tvoria premenné elektrické prúdy alebo napätia ako analógy pôvodných spojitých zvukových či svetelných vĺn. Na druhej strane v digitálnych komunikačných systémoch sa pôvodná vlna meria a odpíše sa ako postupnosť diskrétnych čísel. Tieto čísla sa prevedú do dvojkovej sústavy zloženej z číslic 0 a 1. Číslica 1 zodpovedá stavu „zapnuté“ 0 znamená „vypnuté“. Po príchode do príjmača sa ipulzy v digitálno-analógovom prevodníku (DAC) premenia naspäť na zvuk alebo svetlo, vďaka čomu počujeme zvuk alebo vidíme obraz, hoci k nám prišiel iba ako dlhá postupnosť jednotiek a núl.

Číslicový prenos má v porovnaní s analógovým veľa predností. Keďže ide o prednos číslic, prípadné chyby sa dajú odhaliť a napraviť. Navyše, keď sa identifikuje štruktúra číslic, informácie sa môžu zhustiť, čím sa prenos podstatne zrýchli. A nielen to – digitálne zariadenia môžu medzi sebou komunikovať, pretože vo všetkých sa využívajú informácie v rovnakej podobe, menovite číslicovej. Práve vďaka tomu môžete pripojiť digitálny foroaparát na počítač, stiahnuť si hudobné súbory z internetu atď.
 
- Analógový signál pozostáva z premenného elektrického napätia alebo prúdu. Môže prichádzať napr. z mikrofónu v podobe zvukovej vlny alebo z videokamery, kde môte reprezentovať povedzeme meniaci sa jas krajiny.
- Vzorkovanie – amplitúda vlny sa meria v pravidelných intervaloch. V prípade telefónnch liniek sa zvukový signál vzorkuje 8 000 rýz za sekundu a vlna sa meria v rozsahu od 0 po 255
- Kvantifikácia – v analóhovo-digitálnom prevodníku (ADC) sa hodnota každej vzorky prevádza z desiatkovej do binárnej sústavy. Binárne čísla majú iba hodnotu núl a jednotiek.
- Prenos – signál sa prenáša drôtom, optickým káblom slebo mikrovlnným rádiovým spojením v podobe prúdu impulzov – nazýva sa „tok údajov“
- Skreslenie – pri šírení sa môžu elektrické impulzy skresliť. Niekedy je na vine interfrekvencia s inými signálmi, inokedy skreslenie vzniká spontánne pri každom spracovaní signálu – vtedy hovoríme o „šume“
- Regenerácia – ak sa signál zavčasu zachytí, skreslenie sa môže odstrániť a impulzy sa „regenerujú“. Súčasťou digitálnych komunikačných systémov sú regeneračné stanice. Tie zaručujú, že signály dorazia na miesto určenia v takom stave, že sa môžu opäť presne dekódovať do analógovej podoby.

Digitálny zvuk
Po prvý raz sa použil pri prenose telefonických rozhovorov. Pri premene z analógovej podoby na digitálnu sa zvuk meria v pravidelných intervaloch – vzorkuje sa. Kvalita výsledného signálu závisí od presnosti, s akou sa signál meria (jemnosť stupnice), a od vzorkovacej frekvencie (počtu vzoriek za sekundu). Dnes sa používajú dva hlavné typy vzorkovania, 8bitové a 16bitové. Technológia vzorkovania sa však rýchlo vyvíja, vďaka čomu je kvalita zvukovej reprodukcie čoraz vyššia.

8bitové vzorkovanie:
V digitálnych telefónnych linkách sa používa 8bitové vzorkovanie, pretože ľudský hlas nemá príliš širokú škálu frekvencií. Pri 8bitovom vzorkovaní sa pravidelne meria amplitúda zvukovej vlny a každej vzorke sa priradí jedna z 256 rôznych hodnôt, pretože 256 je najvyššie číslo, ktoré sa dá reprezentovať 8 číslicami dvojkovej sústavy. Tento postup poskytuje primerane čistú reč, ale nie je vhodný napríklad pre hudbu. V digitálnych telelónoch sa používa vzorkovanie 8 000 ráz za sekundu – alebo 8 Hz. Na záznam reči postačuje frekvencia 10 000 vzoriek za sekundu – čiže 10 Hz.
 
16bitové vzorkovanie:
Vo zvukových cédečkách sa používa 16bitové vzorkovanie, ktoré umožňuje dosiahnuť až 65 536 rôznych úrovní a vzorky sa robia s frekvenciou 44 100 ráz za sekundu (44,1 kHz) v každom stereo kanáli. Výsledkom je oveľa kvalitnejší zvuk ako pri nízkofrekvenčnom 8bitovom vzorkovaní používanom v telefónoch. Nové systémy ako DVD-Audio dnes ponúkajú dvadsaťštyribitové vzorkovanie(takmer 17 miliónov úrovní).

Digitálne obrazy
Všetky systémy na digitálne spracovanie obrazu pracujú tak, že predlohu snímajú (skenujú) po úzkych prúžkoch sa potom rozdelí na štvorčeky nazývané obrazové body alebo pixely. Pri farebnej reprodukcii sa každý obrazový bod zakóduje v závislosti od úrovne červenej, zelenej a modrej farby – základných farebných zložiek svetla. V obrazovom bode sa meria jasnosť každej farba a ako v prípade iných digitálnych systémov sa premení na binárne číslo. Výsledkom je tzv. bitová mapa obrazu, ktorá sa môže prenášať, zaznamenať a reprodukovať na televíznej obrazovke, na monitore počítača alebo na inom digitálnom zariadení. Čistota a presnosť obrazu závisí od niekoľkých činiteľov: od počtu obrazových bodov v danej ploche, od frekvencie ich snímania a „farebnej hĺbky“ čiže počtu úrovní, v ktorých sa meria jas každej farby v jednotlivých obrazových bodoch. Veľmi kvalitné farebné obrázky, aké sa použivajú pri kníhtlači, sa zvyčajne skenujú v 12 bitoch pre každú základnú farbu (vcelku 4 096 úrovní jasu) a v rozlíšení 22 500 obrazových bodov na štvorcový palec. Obrázok je teda približne osem ráz kvalitnejší ako na televíznej obrazovke alebo na monitore počítača.
 
DVD mechaniky sa stali v poslednej dobe veľmi obľúbeným doplnkom PC. Môžeme povedať, že už to nie je zbytočný luxus vlastniť DVD mechaniku. Je obľúbená najmä medzi milovníkmi filmu a videa ako takého. Prináša so sebou veľké možnosti (možno väčšie, ako keď prišlo na trh CD). Mechanika vyzerá ako CD-Rom mechanika, čiže umiestnenie v skrinke je rovnaké ako u CD-Rom. Problém môže byť s nastavením jumperov a prípadnou zložitejšou inštaláciou. Súčasné DVD prehrávače a DVD-ROM disky používajú pre čítanie dát laser, emitujúci červený svetelný lúč vlnovej dĺžky 650 až 635nm. Pre porovnanie, konvenčné CD prehrávače používajú laser, emitujúci neviditeľný infračervený svetelný lúč vlnovej dĺžky 780nm. Prechodom cez sústavu špeciálnych šošoviek sa získa veľmi tenký, ostrý svetelný lúč, ktorý umožní čítanie dát veľkej hustoty. Aj keď laserový lúč prechádza zložitou optickou sústavou, je obtiažne získať presné zaostrenie, keď povrch disku nie je v rovine kolmej na laserový lúč. Tomuto problému sa predchádza tak, že sa použije tenký disk. Ako vyhovujúci sa javí hrúbka 0,6mm. Preto sa DVD skladá z dvoch 0,6mm hrubých plátov. Pre čítanie viacvrstvových DVD, je nutné mať dva druhy laserov. Vnútornú dátovú vrstvu je nutné čítať preostreným laserom cez polopriepustnú vnútornú vrstvu. Aby bola zaistená kompatibilita s CD, musí byť čítacie zariadenie schopné čítať signály z diskov s rôznou šírkou a vzdialeností priehlbín. Táto náročná úloha bola vyriešená dvoma spôsobmi. Prvé riešenie navrhuje sústavu dvoch integrovaných šošoviek, jednej pre CD a jednej pre DVD, a systém prepínania medzi týmito šošovkami. Tie sú prepínané vodorovným otáčaním úložnej hlavy v závislosti od použitého média. Tento systém sa prevažne používa v DVD prehrávačoch. Druhým riešením, ktoré sa uplatňuje predovšetkým v DVD mechanikách, je systém jednej šošovky s dvojitým zaostrovaním, schopné zaostriť ako na DVD, tak aj na CD.

Zobrazenie dát
Dáta sú na DVD, podobne ako na CD, uložené v dvojkovej sústave vo forme priehlbín, ktoré sú rozmiestnené na špirálovej dráhe. Tieto priehlbiny číta laser a  ďalej sú spracovávané.

Pre predstavu, veľkosť priehlbín DVD je 0,4 mikrometru oproti 0,83 pri CD a ich vzájomná vzdialenosť je 0,74 oproti 1,6 mikrometra. Vďaka tomu je dosiahnutá veľká kapacita pre uloženie dát. Je pochopiteľné, že pre čítanie DVD je potrebná iná, oveľa presnejšia čítacia mechanika.

Štruktúra
Disk s takou istou hrúbkou ako má CD, teda 1,2mm, nie je ideálny pre bezchybné čítanie dát veľkej hustoty. 1,2mm je príliš veľká hrúbka. Už z výroby alebo vlivom užívania nie je povrch disku dokonale hladký. Dokonca nepatrná deformácia môže zhoršiť zaostrenie laseru a vysoká hustota dát znamená vyššie riziko výskytu chyby pri čítaní. Tenší disk znamená menší vliv deformácie a rozostrenie laserového lúča. Ale ak budeme mať tenší disk, nebude zachovaná kompatibilita CD. Riešenie je jednoduché. Jednoducho sa zlepia dva disky, každý o hrúbke 0,6mm. Tiež pri porovnaní s jednoduchým 1,2mm hrubým diskom, je DVD zložené z dvoch zlepených diskov menej náchylných k deformáciám spôsobeným teplom, alebo vlhkosťou. DVD formát umožňuje niekoľko druhov usporiadaní dátových vrstiev. Každé usporiadanie poskytuje inú kapacitu dát. Možné usporiadania sú pre prehľadnosť zobrazené v tabuľke.

Bez CD-Rom mechaniky si dnes nevieme už ani prácu na PC predstaviť. V počítači je pripojená rovnako ako FDD, HDD, DVD-Rom. To znamená, že je priskrutkovaná ku skrinke PC a vedú s nej dva káble. Široký na mainboard a tenký na zdroj. V následujúcich riadkoch nájdete stručné popísanie fungovania mechaniky.  Na plochu CD-R disku, kde sa nachádzajú diery (pits) a plochy (lands), je zaostrený laserový lúč. Mechaniky CD-R/RW používajú na čítanie i zápis laserový lúč s vlnovou dĺžkou 780 nanometrov. Lúč prechádza prostredím média a odráža sa od reflexnej kovovej vrstvy. Odrazené svetlo prechádza hranolom a dopadá na fotočlánok. Výstupné napätie fotočlánku závisí od vlastností a intenzity odrazeného svetla. Vďaka rozličným vlastnostiam svetla pri dopade na plochu a na dieru je potom fotočlánok schopný zaznamenávať prechody medzi dierou a plochou. Tak sa transformujú prechody medzi nerovnosťami v dátovej vrstve média na el. signály. Pit (diera) vzniká pôsobením tepla (laserového lúča) pri vypaľovaní a spôsobí, že pri čítaní CD-R sa laser rozptýli na všetkých pitoch. Zatiaľ každou plochou (landom) prejde a dostane sa až na reflexívnu vrstvu, kde sa odrazí späť. Odrazené svetlo sa potom ďalej spracuje a dekóduje (dvojková sústava). Týmto spôsobom sa z CD získajú dáta.