บทที่ 2 การนำเสนอมัลติมีเดีย ในรูปแบบดิจิตอล

ทำความรู้จักกับข้อมูลแบบอนาล็อกและดิจิตอล Analog signal จัดเป็นองค์ประกอบธรรมชาติหนึ่งที่ มนุษย์สัมผัสและรับรู้ได้ เช่นพลังงานความร้อน คุณสมบัติทาง แม่เหล็ก พลังงานเสียง พลังงานไฟฟ้า โดยสัญญาณอนาล็อกถูก นำมาใช้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ ระบบคอมพิวเตอร์

ทำความรู้จักกับข้อมูลแบบอนาล็อกและดิจิตอล การนำเสนอมัลติมีเดียบนเครื่องคอมพิวเตอร์จำเป็นต้อง แปลงข้อมูล Data ให้อยู่ในรูปสัญญาณ Signal ที่ สามารถส่งและเก็บลงบนเครื่องคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ สำหรับจัดเก็บข้อมูลชนิดต่างๆ ได้

รูปแบบของข้อมูล 1. ข้อมูลอนาล็อก 2. ข้อมูลดิจิตอล

ข้อมูลอนาล็อก รูปแบบของข้อมูล เป็นข้อมูลรูปแบบหนึ่งที่มีลำดับต่อเนื่องกัน เช่น เสียง มนุษย์ที่พูดคุยกัน ซึ่งเป็นลักษณะคลื่นที่เดินทางบน อากาศ

ข้อมูลดิจิตอล รูปแบบของข้อมูล เป็นข้อมูลรูปแบบหนึ่ง ซึ่งมีลักษณะไม่ต่อเนื่องกันหรือ แยกจากกัน อยู่ในรูปแบบ binary คือมี 0 และ 1

รูปแบบของสัญญาณ Analog Signal ในทางฟิสิกส์สัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณในรูปของคลื่นต่อเนื่อง หรือคลื่นไซน์ ซึ่งมีความถี่และความเข้มของสัญญาณต่างกัน โดยอยู่ ในรูปแบบพลังงานชนิดต่างๆ ที่มนุษย์สัมผัสได้ เช่น เสียง แสงสว่าง ความร้อน ความดัน โดยวัดพลังพลังงานได้จากอุปกรณ์ เซนเซอร์

คุณลักษณะสัญญาณอนาล็อก สัญญาณอนาล็อกอยู่ในรูปแบบความต่อเนื่องของแอมพลิจูด โดย สัญญาณจะถูกส่งด้วยอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจวัดสัญญาณ ซึ่งจะส่งค่า ต่าง ๆ เป็นเลขจำนวนจริงตามขอบเขตที่เป็นได้ สัญญาณอนาล็อกอยู่ในรูปแบบความต่อเนื่องของเวลา ค่าที่ได้จาก สัญญาณอนาล็อกสามารถเป็นตัวกำหนดเวลา หรือระยะที่คลื่นเดินทาง ได้

คุณสมบัติของสัญญาณอนาล็อก สัญญาณอนาล็อกเกิดจากการประกอบกันของคลื่นไซน์ มี คุณสมบัติ แอมพลิจูด ความถี่ เฟส

แอมพลิจูด คือค่าการกระจัด (ระยะจากแนวสมดุลถึงจุดบนคลื่น) ของจุดใดจุด หนึ่งบนลูกคลื่น ซึ่งค่ากระจัดสูงและต่ำสุดบน sine wave จะอยู่บนจุดยอดของคลื่น หน่วยที่วัด เช่น vote หรือ watt การเปลี่ยนแปลงลักษณะของคลื่นนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงขนาดของ คลื่นด้วย แอมพลิจูดจะแสดงให้เห็นปริมาณพลังงานหรือแรงที่เกิดจาก แหล่งกำเนิด เช่น ความสว่างของแสง ความดังของเสียง และระดับ ของกระแสไฟฟ้า การเพิ่มของแอมพลิจูดจะทำให้ปริมาณความเข้ม ของพลังงานเพิ่มขึ้นด้วย

แอมพลิจูด

ความถี่ (Frequency) คือ จำนวนลูกคลื่นใน 1 วินาที ซึ่งค่าความถี่มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ การเปลี่ยนแปลงของจำนวนลูกคลื่นในหนึ่งหน่วยเวลา ความถี่ทาง ฟิสิกส์สามารถใช้แทนระดับเสียง เช่น เสียที่มีความถี่มากจะเป็นเสียง สูง ความถี่วัดหน่วยเป็น Hz มนุษย์สามารถได้ยินเสียงที่ความถี่เป็น ช่วง 20-20000 เฮิร์ต

ความถี่ (Frequency)

เฟส (Phase) คือ ตำแหน่งของลูกคลื่น ณ เวลาเท่ากับ 0 โดยตำแหน่งจะถูกเรียกเป็นองศาตาม รูปแบบของ Sine ware โดยหนึ่งลูกคลื่นจะมี 360 องศาหรือ 1 วงกลม

เฟส (Phase)

เฟส (Phase)

สัญญาณดิจิตอล สัญญาณดิจิตอล เป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบไม่ต่อเนื่องที่ได้มาจาก การแปลงข้อมูลดิจิตอล ซึ่งจะเคลื่อนที่ตามระดับแรงดันไฟฟ้า ในลักษณะรูปคลื่นสี่เหลี่ยมที่แทนค่าด้วย binary code 0 ค่าแรงดันไฟฟ้า 1 ค่าแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวก

สัญญาณดิจิตอล

คุณลักษณะของสัญญาณดิจิตอล ระยะเวลาระหว่างบิต (Bit Interval) คือ หน่วยเวลาที่ใช้ระหว่างการส่งข้อมูลเพียง 1 บิต อัตราการส่งบิตข้อมูล (bit Rate) คือ จำนวนบิตที่สามารถส่งได้ในเวลา 1 วินาที เป็นอัตราในการส่งบิต ข้อมูลทั้งหมดในเวลา 1 วินาที (bit per second)

คุณลักษณะของสัญญาณดิจิตอล

คุณลักษณะของสัญญาณดิจิตอล สัญญาณดิจิตอลสามารถมีจำนวนระดับสัญญาณมากกว่า 2 ระดับ โดยในแต่ละ ระดับ สามารถส่งบิตมากกว่าหนึ่งบิต โดยทั่วไปถ้าสัญญาณมีจำนวน L ระดับ ใน แต่ละระดับ ของสัญญาณก็จะสามารถส่งข้อมูลได้จำนวน Log2L บิต

หน่วยวัดความเร็วในการส่งข้อมูล อัตราบิต (Bit Rate/Data Rate) คือ จำนวนบิตที่สามารถส่งได้ ภายใน หนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งมีหน่วยเป็นบิตต่อวินาที (bps) อัตราบอด (Baud Rate) คือ จำนวนของสัญญาณที่สามารถส่งได้ ต่อการ เปลี่ยนสัญญาณ ในหนึ่งหน่วยเวลา (baud per second)

หน่วยวัดความเร็วในการส่งข้อมูล Baud Rate จะมีค่าแตกต่างจาก Bit rate เนื่องจากหนึ่งสัญญาณอาจมา จากหลายบิต ข้อมูลประกอบกัน ตัวอย่าง อัตราบอด คือ รถโดยสาร อัตราบิต คือ ผู้โดยสาร รถโดยสารสามารถบรรทุกผู้โดยสารได้ครั้งละหนึ่งคนหรือมากกว่า ถ้ารถ 1 คันบรรทุกได้ 1 คน ดังนั้น รถ 1000 คัน บรรทุกได้ 1000 คน ถ้ารถ 1 คันบรรทุกได้ 4 คน ดังนั้น รถ 1000 คัน บรรทุกได้ 4000 คน การจราจรที่คล่องตัวย่อมขึ้นอยู่กับจำนวนรถโดยสาร ดังนั้นแบนด์ วิดหรือประสิทธิภาพในระบบสื่อสารจึงขึ้นอยู่กับอัตราบอด

ข้อดีของสัญญาณดิจิตอล การแทนที่ข้อมูลที่เป็นสากล (Universal Repretation) การแสดงผลมัลติมีเดียด้วยข้อมูลดิจิตอล คือ ข้อมูลที่ใช้แทนตัวอักษร ภาพนิ่ง ภาพเคลื่อนไหว/แอนิเมชัน เสียงและวีดีโอ จะอยู่ในรูปแบบ ไบนารีตามมาตรฐานที่สามารถนำไปใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์และ อุปกรณ์ชนิดต่างๆ ที่รองรับได้เหมือนกัน อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (Storage) มีอุปกรณ์สำหรับจัดเก็บข้อมูล ดิจิตอลที่หลากหลาย เช่น ฮาร์ดดิสก์ ซีดีรอม

ข้อดีของสัญญาณดิจิตอล ความสามารถในการถ่ายทอดสัญญาณ (transmission) การส่ง สัญญาณดิจิตอลผ่านทางการสื่อสารจะถูกเข้ารหัสสัญญาณเพื่อป้องกัน การรบกวนและการแก้ไขสัญญาณจากผู้อื่นได้ดีกว่าสัญญาณอนาล็อก ทำให้กระบวนการถ่ายทอดสัญญาณมีความปลอดภัยมากขึ้น การประมวล (processing) สามารถใช้ซอฟแวร์สำหรับสร้าง วิเคราะห์ แก้ไข ปรับเปลี่ยน และจัดการกับข้อมูลมัลติมีเดียได้ หลากหลายรูปแบบ รวมทั้งปรับปรุงคุณข้อมูลโดยตัดสัญญาณรบกวน หรือข้อผิดพลาดบางอย่างและสามารถกู้ข้อมูลที่บันทึกกลับคืนได้

ข้อดีของสัญญาณดิจิตอล การประมวล (processing) สามารถใช้ซอฟแวร์สำหรับสร้าง วิเคราะห์ แก้ไข ปรับเปลี่ยน และจัดการกับข้อมูลมัลติมีเดียได้ หลากหลายรูปแบบ รวมทั้งปรับปรุงคุณข้อมูลโดยตัดสัญญาณรบกวน หรือข้อผิดพลาดบางอย่างและสามารถกู้ข้อมูลที่บันทึกกลับคืนได้

ข้อเสียของสัญญาณดิจิตอล การรับส่งข้อมูลในระยะทางไกล ๆ สัญญาณจะถูกลดทอนลง ทำให้ ประสิทธิภาพในการแสดงผลข้อมูลลดน้อยลง เมื่อมีการแบ่งสัญญาณออกเป็นส่วน ๆ ส่วนที่สูญหายจะไม่สามารถกู้ กลับคืนได้ ต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อใช้จัดการเก็บข้อมูลดิจิตอลที่อยู่ในรูปแบบ ต่าง ๆ เช่น ภาพนิ่ง เสียง วีดีโอ

เครื่องทวนสัญญาณ สำหรับอุปกรณ์ ที่ช่วยยืดระยะทางในการส่งข้อมูลดิจิตอล เรียกว่า เครื่องทวนสัญญาณ (Repeater) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ ที่ทำหน้าที่ regenerate สัญญาณที่ถูกลดทอนลงให้ คงรูปเดิม เหมือนต้นฉบับ และสามารถส่งสัญญาณได้ระยะไกลขึ้น

การแปลงข้อมูลให้เป็นสัญญาณ 1. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณอนาล็อก 2. การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล 3. การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณอนาล็อก 4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล

1. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณอนาล็อก ในการแปลงข้อมูลอนาล็อกให้เป็นสัญญาณอนาล็อกเป็นรูปแบบที่ง่าย มี ต้นทุนต่ำโดยจะ มีอุปกรณ์ทำหน้าที่แปลงสัญญาณ และได้ผลลัพธ์เป็น สัญญาณอนาล็อก เช่น ระบบ วิทยุกระจายเสียง ตัวอย่าง เช่น เปิดวิทยุคลื่น FM ที่ความถี่ 101.5 เมกะเฮิรตซ์ เพื่อฟัง เพลง ซึ่งคลื่นสถานีจะส่งออก ไปที่ย่านความถี่นี้ ในขณะที่เสียงพูดของ มนุษย์ (ดีเจ) จะอยู่ในย่านความถี่ต่ำ ช่วง 300-3400 เฮิรตซ์ และ เสียงดนตรี มี ย่านความถี่ที่ 30-20000 เฮิรตซ์ ดังนั้น เพื่อให้เสียงพูดและ เสียงดนตรี สามารถส่งออกไปที่ย่านความถี่ 101.5 เมกะเฮิรตซ์ ได้ จำเป็นต้องมีเทคนิควิธีการส่ง

1. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณอนาล็อก สัญญาณพาหะ (Carrier Signal)มีคุณสมบัติพิเศษ คือ เป็น คลื่นความถี่สูง และเป็นคลื่นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถส่งออกผ่าน สื่อกลางได้ บนระยะทางไกลๆ เมื่อมี การนำสัญญาณพาหะมารวมกับ สัญญาณจะเรียกว่า การมอดูเลต (Modulate) เมื่อสถานีส่งทำการ ส่งสัญญาณที่ผ่านการมอดูเลตไปแล้ว สถานีรับจะต้องมีวิธีในการแยก สัญญาณพาหะออกจากสัญญาณเสียงเรียกว่า การดีมอดูเลต (Demodulate)

1. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณอนาล็อก

2. การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล เป็นเทคนิคการเข้ารหัส โดยการเปลี่ยนแปลงสัญญาณจะเกิดขึ้น ณ จุดเริ่มต้นของบิต และการเปลี่ยนแปลงสัญญาณจะ เกิดขึ้นต่อเมื่อพบบิตข้อมูลที่มีค่าเป็น 1 และหากพบบิตที่มีค่าเป็น 0 ก็ จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ

3. การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณอนาล็อก อุปกรณ์ที่นำมาใช้ในการแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณอนาล็อก และแปลง สัญญาณอนาล็อกกลับมาเป็นข้อมูลดิจิตอลเรียกว่า โมเด็ม (Modulator/Demodulator) เช่น อินเทอร์เน็ตบ้านทั่วไปที่ เชื่อมต่อด้วยการ dial-up โมเด็มต้นทางจะทำการแปลงข้อมูลคอมพิวเตอร์ (ดิจิตอล) มาเป็นสัญญาณ อนาล็อก เพื่อส่งข้อมูลผ่านระบบสื่อสารโทรศัพท์ จากนั้นเมื่อส่งถึงปลายทาง โมเด็ม ปลายทางจะทำการแปลงสัญญาณอนาล็อก กลับมาเป็นข้อมูลดิจิตอล เพื่อส่งให้กับ คอมพิวเตอร์ใช้งานต่อไป

3. การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณอนาล็อก

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล อุปกรณ์ที่เรียกว่า โคเดค (Coder/Decoder) เป็นอุปกรณ์ สำคัญที่ใช้สำ หรับแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลด้วยการใช้ เทคนิค Voice Digitization และยังสามารถแปลงกลับมา เป็นสัญญาณอนาล็อกได้ ตัวอย่างอุปกรณ์โคเดค เช่น ซาวด์การ์ด สแกนเนอร์ และวีดีโอคอนเฟอ เรนซ์

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล การสุ่มสัญญาณ ขั้นตอนแรกของการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็น ดิจิตอล คือ การสุ่มสัญญาณ หมายถึง การเลือกค่าแอมพลิจูดที่จุดใด ๆ ของสัญญาณอนาล็อกตามช่วงเวลาที่เท่ากัน โดยสัญญาณอนาล็อก เหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติต่างๆ ได้ เช่น การเปลี่ยนแปลง แอมพลิจูดหรือความดังของเสียงจากเครื่องดนตรี ผลลัพธ์ที่ได้จาการสุ่ม สัญญาณในแต่ละครั้งจะถูกนำมาเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อไปประมวลผล ในขั้นตอนต่อไป

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล การสุ่มสัญญาณที่ขึ้นอยู่กับเวลา เช่น เสียง จะต้องกำหนด ช่วงเวลาที่ใช้ในการสุ่ม เช่นการสุ่มสัญญาณเสียง 10 ครั้งแต่ วินาที การสุ่มสัญญาณภาพนิ่ง การสุ่มตามความกว้างหรือความยาวของภาพนิ่งในอัตรา 10 ครั้งต่อ นิ้ว

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล อัตราการสุ่ม หรือ ความถี่ในการสุ่ม คือ ความเร็วหรือความถี่ของการสุ่ม ต่อวินาทีหรือต่อนิ้ว เป็นตัวแปรที่สำคัญในการกำหนดลักษณะของ ผลลัพธ์ ถ้าอัตราการสุ่มสูงจะได้ผลลัพธ์ของสัญญาณที่สมบูรณ์และ ครบถ้วน หากใช้อัตราการสุ่มสูงจำนวนข้อมูลที่ได้จากการสุ่มก็จะมากมตามด้วย ซึ่งมีผลต่อพื้นที่การจัดเก็บจึงจำเป็นต้องเลือกข้อมูลที่สำคัญเพื่อให้ ปริมาณข้อมูลลดลง โดยตัดข้อมูลที่ไม่มีความสำคัญหรือเลือกข้อมูลใด ข้อมูลหนึ่งจาการสุ่มค่าที่มีความใกล้เคียงกัน เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ถูกต้อง ตามสัญญาณเดิมมากที่สุด

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล การควอนไตซ์เซชัน (Quantization) ผลลัพธ์จากขั้นตอนการสุ่มสัญญาณจะได้เป็นชุดของค่าตัวอย่าง ที่ได้จาก การสุ่ม โดยจำนวนของค่าของการสุ่มจะขึ้นอยู่กับอัตราการสุ่มสัญญาณ ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณภาพของข้อมูล เช่น เสียงในรูปแบบอนาล็อกที่มี อัตราการสุ่ม 44100 ครั้งแต่วินาที จะได้คุณภาพสัญญาณเสียงในระดับซีดี การสุ่มสัญญาณของภาพนิ่งเพื่อผ่านเครื่องพิมพ์เลเซอร์จะใช้อัตราการสุ่ม 300 ครั้งต่อนิ้ว เมื่อได้ค่าจากการสุ่มแล้วจะต้องนำค่าเหล่านี้มาพิจารณาเพื่อเลือกเฉพาะ ค่าที่จำเป็นต้องบันทึกเท่านั้น เนื่องจากจะมีผลต่อการจัดเก็บข้อมูล และ คุณภาพของสัญญาณดิจิตอล

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล ปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดคุณภาพในการแสดงผลมัลติมีเดียด้วย สัญญาณดิจิตอล อัตราการสุ่ม (Sampling Rate) จำนวนบิต (Bit Dept)

4. การแปลงข้อมูลอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล

เปรียบเทียบการแปลงสัญญาณ สรุปการแปลงข้อมูลไปเป็นสัญญาณ