Wir leben in einer analogen Welt und sehen, hören und sprechen analog. Das heißt es gibt für uns fast beliebig viele Zustände. In der digitalen Welt gibt es dagegen nur eine begrenzte Anzahl von Zuständen, welche von der Auflösung des digitalen Wertes abhängen. Ein digitales Signal ist auch nicht kontinuierlich, sondern kann nur ganz bestimmte Werte einnehmen.
Das menschliche Auge zum Beispiel kann ungefähr 20 Millionen Farben sehen, was unglaublich viele sind. Mein erster Computer, ein Commodore C64, konnte damals zum Beispiel nur 16 Farben darstellen (24). Im Vergleich zu unserem Farbsehvermögen war das natürlich sehr wenig und für eine Bilddarstellung nicht zu gebrauchen. Aktuelle Standard Computer/Monitore können dagegen 16 Millionen (216) Farben darstellen und kommen daher dem menschlichen Sehen schon sehr nahe.
An dem Beispiel kann man auch erkennen, dass Digital nicht unbedingt gleich besser als Analog ist.
Digital bedeutet nicht zwangsläufig besser als Analog. Digital bietet aber oft sehr viel mehr Möglichkeiten.
Ein analoges Bild zum Beispiel, das mit einer Analogkamera aufgenommen und dann ausbelichtet wurde, verliert mit der Zeit seine Farben und ist irgendwann nicht mehr zu erkennen. Ein Digitales Bild dagegen hat immer die gleiche Qualität, wie am ersten Tag. Ein Analoges Bild kann man auch nur persönlich mit jemanden teilen, indem man zum Beispiel sein Fotoalbum zeigt. Ein Digitales Bild dagegen kann man mit seinem Smartphone direkt mit beliebig vielen Freunde auf der ganzen Welt teilen.
Für die Umsetzung eines Analogen Signals in ein Digitales gibt es elektronische Bauelemente, sogenannte Analog-Digitale-Wandler. Für die Umwandlung sind zwei Schritte nötig:
- Abtastung: Hier wird das Analogsignal in Zeitintervalle unterteilt und ein diskreter Wert ermittelt (X-Achse). Umso kürzer die Intervalle sind, desto genauer kann das Signal nachgebildet werden. Die Abtastfrequenz, und somit die Zeitintervalle, muss nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem mindestens doppelt so hoch wie die Frequenz des Analogsignals sein.
- Quantisierung: Aus dem abgetasteten Wert wird in diesem Schritt der Digitalwert ermittelt. Umso höher die Auflösung (Bittiefe) des Umsetzers ist, desto genauer ist dieser. In diesem Beispiel stehen 3 Bit zur Verfügung und es können somit ganzzahlige Werte von 0-7 (23) dargestellt werden. Mit nur einem Bit mehr könnte man schon doppelt so viele Werte darstellen. Man könnte hier zum Beispiel nicht nur ganzzahlige Werte ermitteln (Y-Achse) sondern auch Zwischenwerte wie 5,5.
