El proceso de digitalización

En el apartado Concepto de digitalización, se describía en líneas generales cuál es el proceso que sufre una señal para poder ser tratada digitalmente, desde que su forma analógica es recogida por el sistema hasta que, tras el tratamiento oportuno, es devuelta al entorno físico.

En este apartado vamos a centrarnos en el proceso de digitalización propiamente dicho, es decir, en el funcionamiento teórico del conversor Analógico/Digital (AD), el que transforma la información a formato digital.

El sistema universal de digitalización para representar una forma de onda, ya sea ésta sonora o lumínica (audio o imagen), es el Pulse Code Modulation (PCM) o Modulación por Impulsos Codificados. Aunque las ondas analógicas son continuas, la forma de onda resultante tras el proceso de digitalización no tiene una representación continua sino discreta o escalonada.

El proceso para conseguir esta forma de onda escalonada requiere que se tomen medidas de la onda a intervalos regulares. Tal como se avanzaba en la animación, dicho proceso puede dividirse en dos fases: el muestreo y la cuantificación.

El proceso de la elección de las muestras de la onda que posteriormente se cuantificarán se conoce con el nombre de muestreo. Durante este proceso, se divide el eje de tiempo en segmentos discretos y regulares. La frecuencia de muestreo es la velocidad o la frecuencia a la que se toman dichas muestras y se mide en kilohercios.

Cuanto más muestras se tomen (mayor frecuencia de muestreo), mayor será la precisión y la calidad de la señal digital obtenida. Pero también será mayor el peso del fichero resultante (medido en Kb).

Al realizar el muestreo de una forma de onda se está ignorando parte de la forma de onda puesto que ésta es continua y las muestras se realizan a intervalos regulares y no de forma ininterrumpida. Esto, no obstante, no supone ningún inconveniente. La forma de onda cambia a una velocidad limitada y entre una muestra y otra se puede predecir cómo se ha producido dicho cambio. Lo que sucede es que al extraer más o menos información de la onda analógica se obtiene una señal digital de mayor o menor calidad. Pensad, por ejemplo, en una voz escuchada a través del teléfono o en otra percibida desde una grabación en CD: Sus calidades son diferentes porque en su transformación y transmisión se emplean cuantificaciones y muestreos diferentes.

Si en el proceso de muestreo se determina en qué momento se tomarán medidas de la señal, en la fase de cuantificación se asigna un valor a cada una de las muestras tomadas. Cada muestra quedará representada por un número entero que será proporcional a la intensidad que tenía la forma de onda en el momento en que fue tomada la muestra.

El proceso de cuantificación se mide en bits. Cuanto más elevado sea este valor, es decir, cuanto más bits se dediquen a esta función, mayor será el número de posibles valores para medir cada una de las muestras y, por tanto, la precisión de la digitalización será mayor: es decir, la forma escalonada de la señal digital se parecerá más a la forma curvilínea de la señal analógica.

En la animación, cada una de las muestras tomadas podía tomar un valor de entre 0 y 15. Esto indica que se destinaban 4 bits para la cuantificación (2⁴ = 16 valores).
Si hubiéramos empleado una cuantificación de 8 bits, equivaldría a tener un rango de 256 valores posibles. Si el proceso se realizara a 16 bits, el margen sería de 65.536 valores (65.536 líneas horizontales en la representación gráfica). El número de bits dedicados a una determinada función se conoce con la expresión profundidad de bits.

Con el uso de un mayor número de bits en la cuantificación se obtiene una señal de mayor calidad pero también un fichero de mayor peso.

Así, mediante los procesos de muestreo y cuantificación se obtiene una representación de una forma de onda, discreta en el tiempo y discreta en amplitud, a partir de la cual se puede reproducir la forma de onda original, que es continua tanto en tiempo como en amplitud.