Prácticamente, cualquier dispositivo moderno de captura de información, como una cámara, una grabadora de audio o un teléfono; tiene un convertidor analógico-digital que consiste en un circuito que transforma las tensiones fluctuantes de las señales analógicas en cadenas de ceros y unos, datos que los sistemas informáticos son capaces de traducir.
La digitalización o conversión analógica consiste en realizar de forma periódica las medidas de amplitud de una señal, como la procedente de un micrófono o el sonido de un coche, a través de un circuito que posteriormente permitirá evaluarla mediante datos digitalizados interpretables.
Durante este “muestreo” la señal es analógica y es capaz de tomar cualquier valor. Para que los ordenadores puedan procesar esta información es necesario “cuantificarla”, se le atribuyen valores finitos y se convierte en digital. Este proceso tiene lugar en el convertidor analógico digital.
Los límites de los convertidores ADC
Casi todos los convertidores analógico-digitales comerciales (ADC) tienen límites de voltaje. Si una señal entrante excede ese límite, el ADC lo reducirá a la tensión máxima. Este fenómeno es conocido como pop (pequeños defectos de sonido), salto de una señal de audio «recortada», o como «saturación» de imágenes digitales. Un ejemplo: un cielo que parece azul a simple vista pero en la cámara aparece en blanco. Esto se llama “saturación” de imágenes digitales.
En este contexto, los investigadores del MIT y de la Universidad Técnica de Munich presentaron la semana pasada una técnica llamada “muestreo ilimitado”, que puede digitalizar con precisión las señales cuyos picos de voltaje están muy por encima del límite de un ADC.
Las consecuencias podrían ser: que las cámaras capturen todas las gradaciones de color visibles para el ojo humano, que el audio no salte o supere los límites, y que los sensores médicos y ambientales puedan manejar largos periodos de baja actividad.
Ayush Bhandari, estudiante de postgrado en artes y ciencias de los medios de comunicación en el MIT, el profesor asociado de medios de comunicación y ciencias Ramesh Raskar, y Felix Krahmer, profesor asistente de Matemáticas en la Universidad Técnica de Munich, son los autores de la investigación. Sin embargo, el resultado principal del trabajo es teórico, y continúa planteando dificultades y errores.
Errores y problemas de voltaje
Cuando una señal excede el límite de voltaje de un ADC, esta se corta, y comienza de nuevo en la tensión mínima del circuito. De forma similar, si la señal cae por debajo del voltaje mínimo del circuito, se restablece en la tensión máxima. Si el voltaje de pico de la señal es varias veces el límite de voltaje, la señal puede enrollarse sobre sí misma una y otra vez.
Esto plantea un problema para la digitalización y, sobre esto, el teorema de Nyquist-Shannon establece un número de mediciones necesarias para asegurar que la señal pueda ser reconstruida con precisión.
De hecho, la señal procedente de un ADC auto-ajustado es muestreada justo antes de que supere el máximo, y de nuevo justo después del restablecimiento del circuito, entendiendo el conjunto de operaciones de muestreo estándar como una señal cuyo voltaje disminuye entre dos mediciones.
Los algoritmos de muestreo existentes en los procesadores comerciales asumen que la señal varía continuamente hacia arriba y hacia abajo. Con todo, los investigadores continúan en el intento de llevar a cabo el cálculo perfecto que permita llevar la digitalización un paso más.
