CCTV的一則廣告詞是“數(shù)字新時代，美好新未來”。數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字中國、企業(yè)數(shù)字化、辦公數(shù)字化、文物保護(hù)數(shù)字化等，有關(guān)數(shù)字和數(shù)字化的說法不勝枚舉。數(shù)字經(jīng)濟(jì)主要包括數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈和人工智能等，數(shù)字化是其基礎(chǔ)技術(shù)支撐，它是物理世界和數(shù)字化虛擬世界的交匯點(diǎn)，或者接口。到底什么是數(shù)字化？要明白這個概念，首先要了解什么是模擬量，什么是數(shù)字量，然后才能明白什么是數(shù)字化。

現(xiàn)實(shí)世界中，大多數(shù)物理量是連續(xù)變化的，例如海拔高度的變化、丘陵連綿起伏的變化、聲音的大小、溫度的高低、車速的快慢等。這種隨時間或者位置變化而連續(xù)變化的量稱為模擬量，人們一般用曲線來表示模擬量連續(xù)變化的特征。例如：海拔高度隨著所處位置的不同而變化，海拔高度就是一個模擬量(圖1左)；人體溫度一天時間里是不斷變化的，溫度也是一個模擬量(圖1右)。

圖1.海拔高度和人體溫度模擬量
(紅色曲線)

數(shù)字量是模擬量曲線上某一點(diǎn)的測量數(shù)值。詳見圖2，人體溫度是一個模擬量，不管人們測量不測量它，這個物理量都是存在的，而且是按時間不斷變化的。如果要監(jiān)控人體溫度，按雙數(shù)整點(diǎn)來測量體溫的話，就可得到12個溫度測量值(圖2籃箭頭所示)，用T2、T4、T6……T20、T22、T24來表示，這些都是數(shù)字量。

圖2.用一組順序數(shù)字量近似表示模擬量曲線

如果把測量時間間隔縮短，每小時測量一次，就可得到24個溫度測量值，可用T1、T2、T3、……T22、T23、T24來表示。如果進(jìn)一步縮短時間間隔來測量，會得到更多的溫度數(shù)字量。這些順序數(shù)字量就近似表達(dá)了這條曲線的變化，測量的次數(shù)越多，順序數(shù)字量表達(dá)曲線就越準(zhǔn)確。

對連續(xù)的模擬量進(jìn)行密集的等間距的測量，得到一組順序數(shù)字量的過程稱為模擬量的數(shù)字化。測量的時間間隔也稱為采樣間隔，也叫采樣周期。間隔越小密度越高，對曲線的數(shù)字化表示越準(zhǔn)確，數(shù)字化質(zhì)量越高。

現(xiàn)實(shí)世界中的萬事萬物都有其內(nèi)在自然規(guī)律，物理學(xué)定義了各種物理量和測量單位，用來研究和揭示這些自然規(guī)律。物理量包括長度、重量、時間、電壓、電流、亮度等。這些量如果隨時間不斷變化，它們就是模擬量，如果要用計(jì)算機(jī)對這些模擬量進(jìn)行測量、儲存、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)忍幚?，就要先對它們進(jìn)行數(shù)字化。

數(shù)字化一般通過傳感器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（簡稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、ADC）和計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。具體過程簡述如下，首先要用傳感器把物理量變成電壓模擬量，再用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器把電壓模擬量變成一個個的電壓數(shù)字量，然后保存到計(jì)算機(jī)中，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理(例如求最大值、最小值、平均值、繪制曲線等)。

圖3.真實(shí)世界與數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的

虛擬世界的數(shù)字化接口

例如，您要用手機(jī)錄制一首歌聲，手機(jī)會先用傳感器(麥克風(fēng))把歌聲變換成變化的電壓模擬量，再進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，把電壓模擬量轉(zhuǎn)換成一個個數(shù)字量,并按照MP3的格式儲存在手機(jī)里。反過來，如果要把手機(jī)里的MP3音樂播放出來，就要把MP3文件中一個個數(shù)據(jù)送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（簡稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、DAC）中，變成電壓模擬量后，驅(qū)動職能器(揚(yáng)聲器)播放出歌聲(參見圖3上)。

數(shù)字量在計(jì)算機(jī)里都是用二進(jìn)制表達(dá)的，因此，我們可把模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）看作是模擬世界和數(shù)字世界的數(shù)字化接口(圖3下)。這個接口一邊是模擬世界，另一邊是數(shù)字世界，而且是二進(jìn)制的數(shù)字世界。

在今天的集成電路(芯片)大家族中，傳感器芯片、ADC芯片和DAC芯片是非常重要的芯片種類。ADC和DAC芯片的技術(shù)指標(biāo)中，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是十分重要的指標(biāo)。圖4和圖5是這類芯片的一些例子。

圖4.一些傳感器芯片舉例

圖5.一些ADC芯片和DAC芯片舉例

物聯(lián)網(wǎng)所說的萬物互聯(lián)，不是簡單的直接互聯(lián)，而是經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換以后的互聯(lián)。萬物的物理量(由模擬量表示)首先要經(jīng)過上述的模擬/數(shù)字接口，轉(zhuǎn)換為萬物的數(shù)字量，再通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來。在下圖所示的物聯(lián)網(wǎng)世界中，大部分物體的物理量是模擬量，經(jīng)過模擬-數(shù)字接口接入物聯(lián)網(wǎng)，少部分物體具有數(shù)字接口可直接連接到物聯(lián)網(wǎng)。所以萬物互聯(lián)是數(shù)字世界的互聯(lián)，而且是二進(jìn)制數(shù)字世界的互聯(lián)。

圖6.萬物互聯(lián)需要模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換

才能實(shí)現(xiàn)

這里介紹一些日常生活中數(shù)字化的例子。舊的電影膠片、照片、音樂磁帶、手寫的資料和文件、敦煌壁畫、故宮的字畫等，都是保存在自然材料和介質(zhì)上的信息，它們不易長久保存，很容易造成損壞、變質(zhì)或性能變差。因此，人們就借助數(shù)字化技術(shù)，把電影膠片變成數(shù)碼電影，照片變成數(shù)字照片，音樂磁帶變成數(shù)碼歌曲，手寫的資料和文件掃描成了電腦文檔以后，就可以永久保存了。

隨著傳感器、芯片、計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化涉及的方面越來越多，滲透的經(jīng)濟(jì)和社會活動越來越廣，極大地改變了人類社會的樣貌?？梢哉f，數(shù)字化開辟了人類信息化、智能化世界的新紀(jì)元。

審核編輯 ：李倩