DIGITAAL

Wat wil dat eigenlijk zeggen: ‘DIGITAAL’? Oorspronkelijk komt het woord digit uit het Latijns en heeft betrekking op vingers of tenen. Het is een manier van gegevensverwerking waarbij geteld en gerekend wordt en uitslagen als getallen worden weergegeven. Het wekt ook de indruk dat zo’n digitale uitslag zeer nauwkeurig is. Het enige dat echter vaststaat is dat de uitslag maar op één manier kan worden gelezen.

De tegenhanger van digitaal is analoog. Vrijwel alle grootheden die bepalend zijn voor onze omgeving kunnen op analoge wijze worden gemeten en weergegeven. Er zijn analoge meters voor tijd (uurwerk), temperatuur (thermometer), luchtdruk (barometer) en zo voort. Al deze analoge meters hebben een traploze schaal waarop elke waarde tussen de minimale en maximale waarde kan worden afgelezen. Analoog is dus het traploos volgen van fisische grootheden. Het probleem met de analoge metingen is het nauwkeurig aflezen en doorgeven van gemeten waarden. Het is mogelijk dat twee personen elk onder een andere hoek naar de wijzers van een klok kijken en daardoor beide een verschillende tijd aflezen. Bij een digitaal uurwerk zullen beide personen dezelfde tijd aflezen. Er is sprake van een vast gegeven.

Of digitaal weergegeven waarden juist zijn doet niet ter zake. Goede voorbeelden van onnauwkeurige digitale weergave zijn de standaard ingebouwde klokken van PC’s en videorecorders. Je kunt de tijd meestal tot op de seconde nauwkeurig aflezen. Maar of de juiste tijd wordt aangegeven en of de klok niet te snel of te langzaam loopt is nog maar helemaal de vraag. Het is wel zo dat er geen verschil in aflezing kan zijn. Wat er staat staat er. Er bestaan uitstekende analoge klokken die zeer nauwkeurig de tijd meten en aangeven. Het aflezen van een wijzerplaat kan ook heel nauwkeurig door achter de wijzer een spiegelend oppervlak aan te brengen. Als de wijzer het spiegelbeeld afdekt sta je recht voor de klok en zal de afgelezen stand de juiste zijn. Het blijft echter lastig zo’n klokstand nauwkeurig af te lezen en door te geven.

Elektro-mechanische systemen

Als een digitale waarde bekend, is hoe kun je dan zo’n waarde doorgeven. Het gaat om getallen. Als er een bepaalde volgorde in de getallen zit -zoals bij een klok- kunnen deze op afstand getoond worden door een voorziening te treffen die op het juiste moment een bepaald getal zichtbaar maakt. De getallen op afstand kunnen op bordjes zijn aangebracht. Met een elektrisch bestuurd mechanisme dat de bordjes in volgorde laat omklappen wordt op het juiste moment het juiste getal zichtbaar. De gemeten tijd wordt op afstand zichtbaar. Het aardige van dit systeem is dat je op verschillende plaatsen een bordjesapparaat kunt besturen met dezelfe elektrische puls. Als de tijd wordt gemeten in stappen van een minuut is het hiervoor beschreven systeem uitstekend in de praktijk toepasbaar. Het systeem op afstand moet éénmalig gesynchroniseerd (gelijk gezet) worden met het meetsysteem en als er niets tussenkomt blijven beide systemen tot in lengte van dagen keurig dezelfde tijd aanwijzen.

Als je temperatuur op afstand wil weergeven wordt het een beetje ingewikkelder. Er zit wel een vaste volgorde in deze meting maar er is ook sprake van stijging en daling van temperatuur. Stel dat we op afstand de temperatuur op één graad Celcius nauwkeurig met bordjes willen weergeven hebben we twee pulsen nodig. De ene puls geeft aan dat de temperatuur één graad verschilt met de huidige en de andere puls geeft aan of dit bijv. lager is dan de vorige waarde. We gaan er voor het gemak even vanuit dat de temperatuurmeting is voorzien van de mogelijkheid de benodigde pulsen te verzorgen zodra de temperatuur één graad omhoog of omlaag gaat.
Ons bordjessysteem is zo geconstrueerd dat bij elke puls het volgende bordje (met een hogere waarde) wordt getoond. Als tegelijkertijd ook de puls ‘lager’ wordt ontvangen wordt de volgorde omgekeerd totdat er weer een puls binnenkomt om de richting te veranderen.

Zo kun je misschien nog wel een paar systemen verzinnen om wisselende waarden te verzenden, te ontvangen en weer te geven. In beide voorbeelden gaat het om trage systemen waarin met relatief grote stappen wordt gemeten. Als we wat sneller willen en in kleinere stappen kunnen we met elektro-mechanische systemen niet goed meer uit de voeten.


Elektronische systemen

Dan maar overschakelen op een volledig elektrisch systeem. Het meest voor de hand liggend is de bordjes te vervangen door lampjes. In het geval van de thermometer zou je voor elke temperatuur een lampje kunnen aanbrengen met bijbehorend getal. Voor de klok zou dit neerkomen op twee lampjes voor de tientallen uren, tien lampjes voor de enkele uren, zeven lampjes voor de tientallen minuten en tien voor de enkele minuten. Dit levert een zeer complexe installatie op met zeer veel elektrische verbindingen. En dan hebben we het nog niet eens over de seconde weergave gehad.

Er moet dus iets anders te verzinnen zijn. De elektronica moet te hulp komen. De eenvoudigste oplossing is het toepassen van zogenaamde zeven segments displays. Dit zijn optische elementen die de vorm aan kunnen nemen van de cijfers 0 t/m 9. Tevens hebben deze displays de mogelijkheid het cijfer dat ze weergeven vast te houden tot ze aangestuurd worden om een nieuw cijfer te laten zien.

Voor de klok (zonder seconde weergave) hebben we vier van deze displays nodig: twee voor de tientallen en de eenheden van de uren en twee voor de tientallen en de eenheden van de minuten. De displays worden aangestuurd met de zgn. BCD-code. Dit is een combinatie van een aantal signalen (Binaire Digitale Code) waarbij het display reageert op een bepaalde combinatie van deze signalen plus een signaal dat het betreffende display activeert. Het is nu mogelijk door een display te activeren en een signaalcombinatie aan te bieden het betreffende display een bepaald cijfer te laten weergeven.

Om een idee te geven hoe een beperkt aantal signalen een groot aantal cijfers kan oproepen even een stukje binair tellen. Binair (tweetallig) wil eigenlijk zeggen dat er alleen maar wèl een signaal of géén signaal aanwezig is. Dit zijn de welbekende nullen en enen waar zoveel over wordt gepraat als het over digitale techniek gaat. De ‘1’ staat voor signaal en de ‘0’ voor geen signaal. De standaard zeven segments displays beschikken over vier signaal ingangen voor het instellen van een weer te geven cijfer. Dit instellen kan alleen als gelijktijdig een signaal wordt aangeboden dat het display ‘gevoelig’ maakt voor de aangeboden signaalcode.

Binair

Laten we aannemen dat er alleen op het eerste aansluitpunt van het display een ‘1’ wordt aangeboden
[ code: 1-0-0-0 ] en het instellen wordt geactiveerd. Het display werkt zodanig dat deze signaalcode automatisch vertaald wordt naar het cijfer ‘1’. Dit cijfer wordt zichtbaar en blijft tot nader orde zichtbaar.
Als alleen op het tweede aansluitpunt van het display een ‘1’ wordt aangeboden [ code: 0-1-0-0 ] zal het display het cijfer twee laten zien en vasthouden. Nu komt het slimmigheidje. Als op het eerste én het tweede aansluitpunt van het display een ‘1’ wordt aangeboden [ code: 1-1-0-0 ] zal het display het cijfer drie laten zien en vasthouden.

Hier volgt een overzicht van de overige codes en resultaten.

[ 0-0-1-0 ] à 4, [ 1-0-1-0 ] à 5, [ 0-1-1-0 ] à 6, [ 1-1-1-0 ] à 7, [ 0-0-0-1 ] à 8,
[ 0-0-0-1 ] à 9, [ 0-0-0-0 ] à 0.

Om de cijfers 0-9 voor vier displays gecodeerd te kunnen verzenden zijn op deze manier maar acht verbindingen nodig.

We hebben tot nu toe nog steeds te maken met vrij ‘grove’ systemen. Binaire getallen kunnen echter uitgebreider worden dan in het voorbeeld. Om de displays de waarde 0-9 te geven was hier sprake van vier signalen (vier bits). Met combinaties van vier nullen of enen is het mogelijk 16 getallen weer te geven (0-15). Elke keer als er een bit bijkomt wordt het aantal mogelijke getallen verdubbeld: (0-32-64-128-256). Als er acht bits in de combinatie voorkomen spreken we over een byte. De hiervoor genoemde getallen moeten de PC-bezitter inmiddels bekend voorkomen,

Bij de PC is alles zoanig geïntegreerd dat met hoge snelheid zeer grote getallen kunnen worden verwerkt. Deze getallen kunnen worden opgeslagen in enorme hoeveelheden. Mega- en Gigabytes zat (weet je nog één byte en daar een miljard of wat van). Door deze ontwikkeling is het mogelijk steeds sneller, complexer en nauwkeuriger om te gaan met gedigitaliseerde grootheden. Je kunt echter pas wat doen met bits en bytes als je ze hebt. Tegenwoordig zijn de meeste analoge waarden in zeer kleine stappen te digitaliseren.


Een paar voorbeelden:

Geluid is met de eerste de beste geluidskaart te digitaliseren. Wat er tijdens dit digitaliseren gebeurt is het volgende. Het aangeboden signaal van een analoge geluidsbron wordt bij een sample rate (monstername snelheid) van 44kHz 44.000 keer per seconde gemeten. Het signaal is een variabele spanning. Deze verloopt analoog aan het hoorbare geluid. Omdat de gemiddelde mens geen geluidstrillingen boven de 20.000 Hz kan waarnemen is gekozen voor een sample frequentie van ruim het dubbele. Het sampelen zelf zal daardoor onhoorbaar zijn en de hoorbare frequenties vallen ruim binnen het bereik. Voor de kwaliteit van de sample is ook nog de nauwkeurigheid van belang. De meeste samples zijn 16bits; dat betekent dat het geluidssignaal gemeten wordt in 65.536 stappen tussen 0 en maximaal. Bij de huidige stand van de techniek kan iedereen op z’n PC samples maken van CD-kwaliteit

Met een gemiddelde scannerof digitale fotocamera kunnen afbeeldingen in vrij hoge resolutie omgezet worden naar allerlei digitale grafische bestandsformaten. Bij de bitmapformaten wordt elk gescand punt van de afbeelding in code opgeslagen. In de code is staat wat de positie, de helderheid en de kleur is van een punt in de afbeelding. Elk bit van de code heeft een eigen functie en om een bepaald bestand te kunnen lezen is het nodig een programma te gebruiken dat de betreffende code kan ontcijferen (o.a. TIFF en BMP). Daarna kan de afbeelding of liever gezegd de digitale code verwerkt worden.

Om ruimte te besparen zijn er ook afbeeldingsformaten die niet elk punt van de afbeelding omschrijven. Het is mogelijk dat de code gecomprimeerd wordt door slechts 256 kleuren op te slaan. Als een afbeelding strakke lijnen bevat en weinig verschillende kleuren is dit een goede compressiemethode (o.a. GIF). Er is ook een methode die instelbaar is en waarbij op het oog kan worden bepaald of het comprimeren hinderlijk zichtbare effecten oplevert. Zolang een afbeelding op het oog ongehavend door deze bewerking heen komt kun je deze compressie toepassen. In de praktijk blijkt dat de compressie behoorlijk hoog mag zijn voordat er opvallend storende dingen gebeuren.

De werking van deze compressie methode komt er ongeveer op neer dat er altijd wel een aantal beeldpunten (pixels) in een afbeelding hetzelfde is. Als nu een afbeelding volgens een bepaald patroon wordt afgetast en in plaats van de volgende punt een volledige code te geven het oppervlak of lijn wordt beschreven waarin eenzelfde kleur aanwezig is kan heel veel data worden bespaard. Het blijkt ook wel dat een afbeelding met heel veel detail nauwelijks te comprimeren is terwijl afbeeldingen met grote kleurvlakken zonder verlooptinten zeer sterk is te comprimeren. Met de kwaliteitsinstelling kan de gebruiker bepalen wanneer een kleur als aparte kleur moet worden opgeslagen. Deze manier van comprimeren wordt toegepast bij het JPG-formaat.

Digitale video is eigenlijk een combinatie van het digitaal opslaan van afbeeldingen met een bepaalde compressie en geluid. Het is wel duidelijk dat deze digitale toepassing een enorme aanslag doet op de snelheid en opslagcapaciteit van systemen. Ten opzichte van geluid praat je al gauw over een factor 100 als er niet hevig gecomrimeerd wordt. Een gemiddeld gedigitaliseerd videoplaatje is ca 1Mb groot. We maken er 25 per seconde. Om een idee te geven in High-8 of Super-VHS kwaliteit kun je ongeveer 5 minuten video op een CD van 650Mb kwijt. De opneembare DVD is inmiddels beschikbaar. Er kan in een speciaal formaat ruim een uur op zo’n schijfje worden opgeslagen. De prijs voor zo’n apparaat is nu nog bijna ƒ 5.000,--. De schijfjes kosten nu nog bijna ƒ 100,--. Kotom nog lang niet voor iedereen weggelegd. Maar ja, die video recorder van 15 jaar geleden kostte ook rond de ƒ 4.000,-- . Inmiddels is er op dat gebied wel een en ander veranderd.

Mochten er begrippen in de tekst staan waarmee je niet direct bekend bent zoek ze dan even op in het Video ABC.
  

[ Video Club Hoorn en de Regio | Video club magazine inhoud | H & R Video ABC ]

[ blocqx11 ]