デジタル信号
デジタル信号とは、離散信号をデジタルに表現したものである。デジタル信号は、アナログ信号を標本化・量子化して得ることができるほか、コンピュータプログラム等でデジタルデータとして生成されるものがある。
アナログ信号は連続信号で、ある地点の気温、池のある地点の水深、回路のある箇所での電圧などである。これらは、時間を横軸、信号の値を縦軸とした直交座標で描くことができる一種の数学的関数である。離散信号は、アナログ信号を標本化、すなわち有限個の標本点において(例えば 1 μs ごとの一定間隔で)値を採取したものである。
個々の標本値が正確に測定されず(真に正確に測定するには無限の精度が必要である)、ある適当な精度で測定した場合、結果として得られるデータ列はデジタル信号である。有限の桁数やビット数で正確な値を近似しようとする過程を量子化という。
デジタル革命の進行に伴い、デジタル信号が活用される場面は急激に増えている。最近のメディア、特にコンピュータと接続可能なものは、連続信号だったものをデジタル信号で表していることが多い。例えば、携帯電話、ビデオプレイヤー、ビデオレコーダー、デジタルカメラなどがある。
多くの場合、デジタル信号は2進数で表現されるため、量子化の精度の尺度としてビットが使われる。例えば、ある信号の値を十進で最大2桁で表したいとする。2進7ビットで128個の離散値を表せるので、7ビットあれば十進で100までの値を表すには十分と言える。
コンピュータ・アーキテクチャや他のデジタルシステムにおいて、2つの電圧レベルを行ったり来たりする波形でブーリアンの値(0 と 1)を表し、これをデジタル信号と呼ぶ。波形を詳細に見ると実際にはアナログ波形であるが、2つの電圧レベルを表現する手段であることから、これをデジタル信号と呼ぶのである。
クロック信号は、デジタル回路の同期に使われる特殊なデジタル信号である。絵で示されている波形はクロック信号の波形と見てもよい。ロジックの状態は立上がりエッジか立下りエッジをきっかけ(トリガー)として変化する。
二値状態は、一般的には電圧で表されるが、一部のロジックでは電流レベルで表されることもある。