模拟、离散和数字信号

根据其值变化的性质，任何物理量都可以是常数（如果它只有一个固定值）、离散（如果它可以有两个或更多固定值）或模拟量（如果它可以有无限多个值）。所有这些数量都可以数字化。

模拟信号

模拟信号是可以用在相对于时间轴的每个时间点定义的一组值的连续线来表示的信号。模拟信号的值在任何时刻都是任意的，因此它一般可以表示为一种连续函数（以时间为变量）或者表示为时间的分段连续函数。

模拟信号可以称为，例如，由电磁麦克风或电子管声学放大器的线圈产生的音频信号，因为这样的信号是连续的，并且其值（电压或电流）在任何时刻。

下图显示了此类模拟信号的示例。

模拟值在一定范围内可以有无限多种值。它们是连续的，它们的值不能突飞猛进地改变。

模拟信号示例：热电偶传输模拟温度值 到可编程逻辑控制器，用固态继电器控制电烤箱的温度。

离散信号

如果一个信号只在特定时刻及时取随机值，那么这样的信号称为离散信号。通常，在实践中，使用分布在统一时间网格上的离散信号，其步长称为采样间隔。

离散信号仅在采样时刻呈现某些非零值，即它不是连续的，这与模拟信号不同。如果以一定的间隔从声音信号中切出一定大小的小部分，这样的信号就可以称为离散信号。

下面是生成这样一个采样间隔为 T 的离散信号的示例。请注意，仅测量采样间隔，而不是信号值本身。

离散信号有两个或多个固定值（它们的值的个数总是用整数表示）。

两个值的简单离散信号示例：限位开关的激活（开关触点在机构的某个位置切换）。来自限位开关的信号只能以两种形式接收——触点打开（无动作，无电压）和触点闭合（有动作，有电压）。

数字信号

当一个离散信号只取一些固定值（可以位于具有一定间距的网格上）使得它们可以表示为一系列量子量时，这样的离散信号称为数字信号。也就是说，数字信号是离散信号，不仅按时间间隔量化，而且按电平量化。

在实践中，离散和数字信号在许多问题中被识别，并且可以使用计算设备轻松确定为样本。

该图显示了基于模拟信号形成数字信号的示例。请注意，数字信号值不能采用中间值，只能采用特定的 — 垂直网格中的整数步长。

数字信号很容易在计算设备的内存中记录和重写，只需简单地读取和复制而不会损失准确性，而重写模拟信号总是伴随着一些信息的丢失，尽管这些信息并不重要。

由于执行计算操作而绝对没有质量损失或损失可忽略不计，数字信号处理使得获得具有非常高性能的设备成为可能。

由于这些优点，数字信号如今在数据存储和处理系统中无处不在。所有现代记忆都是数字化的。模拟存储介质（如磁带等）早已不复存在。

模拟和数字电压测量仪器：

但即使是数字信号也有其缺点。它们不能像现在这样直接传输，因为传输通常是通过连续的电磁波来完成的。因此，在发送和接收数字信号时，必须采用 附加调制 和 模数转换...由于沿网络对值进行量化，数字信号的动态范围较小（最大值与最小值之比）是它们的另一个缺点。

还有一些领域，模拟信号是必不可少的。例如，永远不会将模拟声音与数字声音进行比较，因此尽管有大量具有最高采样率的数字录音格式，但电子管放大器和录音仍未过时。