Analógico vs digital: tópicos, posibilidades y conceptos básicos

Habrás oído hablar de sistemas de telecomunicaciones analógicos y digitales, aunque sólo sea por el llamado “apagón analógico” que nos ha llevado de la televisión de toda la vida a la TDT (Televisión Digital Terrestre). Con ese precedente, probablemente hagas las asociaciones de “analógico = antiguo = ineficaz” y “digital = moderno = potente y molón“. No sería de extrañar, pues el término “digital” se oye por todas partes y ya uno no sabe muy bien a qué se refiere exactamente. Pero mola.Ya cuando en Los 40 Principales empezaron a decir que enviaban “sonido digital”, asentíamos con la cabeza a pesar de seguir empleando las mismas radios, tan analógicas como la semana anterior (y, de hecho, tan analógicas como las de hoy, salvo en el caso de la radio vía Internet). Como explicaba su director allá por 1992, lo digital de Los 40 Principales estaba en sus estudios, en sus procesos de grabación y demás, pero la forma de llegar a los oyentes era totalmente analógica, igual que para las demás cadenas.

También se identificó lo digital con las voces robóticas, desde la de Número 5 en “Cortocircuito” (1986) hasta las de esos modelos del futuro que serían Eva y Wall-e (2008). Topicazo: en 1986 vale, pero para 2115 no entra en cabeza de nadie que no se hayan conseguido voces artificiales mejores que las de esos robots –especialmente sabiendo que el traductor de Google ya suena natural desde hace al menos 2 años. Bueno, pues de ahí a los desarreglos electrónicos de las canciones de Cher o a intentar colarnos que los Digimon molaban porque vivían en “el mundo digital” (cosa de la que no podía presumir ningún Pokémon), había solo un paso. Y ahora estamos en que “digital” es cualquier cosa que puedes encontrar en Internet: la redacción digital de un periódico, la publicidad digital, la dieta digital, la Libertad Digital, … Incluso a la diferencia que existe entre los que se manejan un poco con los ordenadores y los que no se llama “brecha digital”.

¿Monstruos analógicos y digitales?

Por todo esto, creemos que vale la pena dedicar una entrada a aclarar qué es analógico y qué es digital, y de paso hacer un primer acercamiento a la tecnología que hay por detrás de cada cosa.

La naturaleza continua de los sistemas analógicos

La diferencia entre analógico y digital viene a ser más o menos la misma que entre nombres contables e incontables. “Arena” y “agua” son incontables porque se manejan por cantidades muy finas: nadie cuenta los granos de arena que hay en un puñado ni las gotas de agua que caben en un vaso, y por eso decimos “algo de arena” o “mucha agua“. En cambio, “grano” y “gota” son contables porque se cuentan por unidades discretas: un grano, dos gotas, … y así decimos “algunos granos” (en plural) o “muchas gotas“. Si entendemos esto, tenemos mitad del camino andado.

Pensemos ahora en el sonido, que físicamente se corresponde con una variación de presión (por ejemplo, presión del aire) que se propaga por medio de ondas (como explicamos hace unos días). Si en un punto determinado se mide en el instante T1 una presión de 20,5 micropascales y luego en T2 se miden 19,6 micropascales, significa que en ese punto, en el intervalo de tiempo entre T1 y T2, la presión acústica ha pasado al menos una vez por todos y cada uno de los infinitos valores intermedios entre 20,500000… (con infinitos decimales) y 19,600000… (ídem). Fíjate que son infinitos valores porque infinitos son también los instantes diferentes que hay entre T1 y T2. 

Ejemplo de señal analógica.

Ejemplo de señal analógica.

Esos infinitos valores forman una línea continua, como la que dibuja la pluma de un sismógrafo al paso de un terremoto. Parece claro que toda la información que pueda transportar el sonido está en la forma de esa línea, ¿no? Pues bien, para manipular toda esa información necesitamos un sistema analógico, porque (quédate con esto) los sistemas analógicos trabajan con formas de onda.

Si a ti también te pasa, no dejes de echar un ojo a la paradoja de Aquiles y la tortuga.

Si a ti también te pasa, no dejes de echar un ojo a la paradoja de Aquiles y la tortuga.

Dicho lo anterior, podemos resumir el funcionamiento de un sistema de telecomunicaciones analógico en dos puntos:

  • Crear en el emisor una onda cuya forma represente la variación continua de la magnitud que sea (presión sonora, movimiento, cantidad de luz, color, etc).
  • Recuperar en el receptor una onda que se parezca tanto como sea posible a la original, para poder extraer de ella la mayor cantidad de información.

Eso de recuperar una onda “que se parezca tanto como sea posible” a la original puede sonar raro. ¿No deberíamos recuperar una onda *igual* a la original? Pues sí, así debería ser: si decimos que la información está en la forma de la onda, cualquier diferencia entre la forma de la onda original y la recibida supone una alteración de la información. Pero el caso es que esa alteración es inevitable, debido a un enemigo al que ya pusimos nombre hace algunos días más: el ruido. El ruido puede provocar, por ejemplo, que habiéndose transmitido la señal de trazo discontinuo de la figura siguiente (la misma de la figura de arriba) se reciba la de trazo continuo:

Alteración de una señal a causa del ruido.

Alteración de una señal a causa del ruido.

Vemos que el valor del instante T1 aumenta ligeramente por el ruido, mientras que el del instante T2 disminuye un poco más. Lo malo es que no tenemos forma de decidir si una determinada medida es correcta o no. Si lo que recibimos en un momento dado nos indica que en el emisor se tenía un valor de 19,78664 micropascales de presión sonora, es lo que hay; ¿por qué íbamos a pensar que eran 19,78661 ó 19,79122? Así pues, en un sistema analógico, el ruido es inevitable, aunque eso no quita que haya formas mejores y peores de hacerle frente. Ya volveremos sobre este tema.

La naturaleza discreta de los sistemas digitales

La palabra “digital” viene de “dígito”, que es lo mismo que “número”. Lo digital, pues, consiste en hacer las cosas a través de números. Nada más (y nada menos). Así, donde decíamos que los sistemas analógicos trabajan con formas de onda, los sistemas digitales trabajan con ristras de números. Ristras que pueden ser muy largas, pero siempre tan discretas como un rosario: entre un número y el siguiente no hay nada. Además, los números que pueden aparecer en la ristra provienen de un conjunto finito (esto es, limitado, no infinito –nada que ver con el diminutivo de “fino” ni con aquel torero de Sabadell que se crió en Córdoba). Por tanto, donde en analógico teníamos infinitos por partida doble, en digital no hay ninguno.

Ejemplo de señal digital.

Ejemplo de señal digital.

La información ahora está en los números, que tendrán el significado que se les quiera dar en cada sistema, de acuerdo con un determinado código. Por ejemplo, los SMS utilizan el llamado código GSM 03.38, que representa los caracteres del idioma español con números del conjunto {0, 1, 2, 3, … 254, 255}. Con este código podemos representar una orden de Casco Oscuro en “La loca historia de las galaxias” (1987) como sigue:

Preparen la nave para velocidad absurda.
80 114 101 112 97 114 101 110 32 108 97 110 97 118 101 32 112 97 114 97 32 118 101 108 111 99 105 100 97 100 32 97 98 115 117 114 100 97 46

Dicho eso, podemos resumir el funcionamiento de un sistema de telecomunicaciones digital en cuatro pasos:

  • Representar la información a enviar como una ristra de números en el emisor.
  • Montar esos números sobre una onda.
  • Recuperar todos los números –o la gran mayoría– en el receptor.
  • Reconstruir la información a partir de los números recibidos.

Hay que decir que es perfectamente posible utilizar un sistema digital para transmitir información de naturaleza analógica, como el sonido. Vamos, que lo que anunciaban Los 40 Principales se puede hacer (¡faltaría más, que no eran anuncios de cosméticos!). Todo pasa por sofisticar un poco los pasos primero y último del procedimiento que acabamos de comentar. De un lado, en el emisor hay que realizar una conversión de analógico a digital (A/D) para coger la información contenida en una forma de onda y representarla como una ristra de números (es lo que se llama “digitalizar la señal“). Del otro lado, en el receptor hay que hacer una conversión de digital a analógico (D/A) para construir una forma de onda adecuada a partir de los números recibidos. Ya volveremos más adelante sobre este tema, que da mucho de sí.

Fíjate que, al igual que en un sistema analógico, la información viaja sobre una onda, que necesariamente se verá afectada por el ruido. Así pues, donde habíamos metido unos números puede suceder que saquemos otros distintos. Pero hay una diferencia crucial: decíamos antes que en un sistema analógico no tenemos forma de decidir si una determinada medida es correcta o no; en un sistema digital sí la tenemos. Como no hay un espectro infinito de valores posibles, sino sólo un conjunto finito, si la medida que nos encontramos en un momento dado se parece mucho más a la correspondiente al número 80 que a la correspondiente al número 81, entonces parece razonable suponer que se había enviado el número 80, ¿no? Mucho ruido tendría que habernos afectado en ese momento para confundir un 80 con un 81. Ésta es una de las claves de la tecnología digital: el manejar números de un conjunto finito nos protege en cierta medida frente al ruido.

Pero lo mejor de todo es que trabajando con números podemos manipular la información de mil formas que son impensables con tecnología analógica. Así podemos hacer cosas tales como las siguientes:

  • Comprimir la información para multiplicar el número de canales de televisión que llegan a nuestras casas o exprimir al máximo los cables del teléfono para tener acceso rápido a Internet.
  • Proteger los mensajes hasta el punto de poder reducir al mínimo que se quiera las pérdidas de información debidas al ruido.
  • Cifrar la información de tal manera que nadie ajeno a la comunicación pueda leerla.
  • Blindar la información para asegurar que permanece inalterada desde que sale del emisor hasta que llega al receptor.
  • Firmar los mensajes para tener certeza absoluta de que proceden de quien se supone que los envía.
  • Empaquetar los mensajes de manera que puedan encaminarse a través de una red de comunicaciones.
  • … y un largo etcétera.

Todo ello es posible gracias a herramientas matemáticas que ya tendremos ocasión de conocer en futuras entradas.

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¡Pero ojo, que lo digital no es la panacea!

Por lo que acabamos de comentar, la tecnología digital es una navaja suiza muy poderosa que, bien usada, nos permite hacer grandes cosas. Pero eso, al igual que con una navaja suiza podemos rebanarnos un dedo, hay que tener cuidado de hacer las cosas bien. Si no, pueden pasar cosas como las que se observan en zonas rurales tras el paso de la televisión analógica a la TDT. Antes, la mala cobertura o el mal tiempo daban lugar a un ruido importante que, a pesar de ser molesto, no impedía seguir los programas. Ahora, en cambio, a poco que llueve comienza un festival de cuadrados de colores y chasquidos que hacen imposible enterarse de nada. Así pues, aunque esto no es un defecto intrínseco de las comunicaciones digitales –sino más bien algo imputable a quienes diseñaron algunos de los actuales estándares de transmisión o a los organismos encargados de su despliegue–, no nos dejemos embobar por el marketing digital. Todas las herramientas matemáticas que comentábamos antes (para comprimir, para cifrar, para empaquetar, …) funcionan dentro de unas condiciones determinadas; si se exceden ciertos límites, pueden convertirse ellas mismas en fuente de ruido.

Sí, el ruido era molesto, pero por lo menos te enterabas de algo.

Sí, el ruido era molesto, pero por lo menos te enterabas de algo.

Por otra parte, hay que desmentir lo de que “analógico = antiguo” y “digital = moderno“. Es cierto que, en muchos casos, los sistemas más eficientes y avanzados que se nos han ocurrido hasta el momento son digitales. Pero eso no implica que se agotaran las posibilidades de la tecnología analógica antes de dar el paso a la digital. Ni mucho menos. De hecho, el que podríamos denominar primer sistema de telecomunicaciones moderno (el telégrafo, puesto en marcha allá por la década de 1830, como veremos próximamente) era un sistema digital, y algunos de los tratados teóricos más importantes de la tecnología digital son contemporáneos de los primeros estudios sobre la modulación FM, analógica, que va camino de cumplir 100 años. En esto de las telecomunicaciones, como en tantas otras disciplinas de la ciencia, se avanza por mil frentes a la vez. No podía ser de otra forma, habiendo siempre tanta gente inteligente trabajando para hacer funcionar la siguiente pequeña gran cosa con la que ganarse una plaza en una universidad, un hueco en la historia y un montón de dinero. Bueno, quizás no necesariamente las tres cosas, ni en ese orden…

Terminamos por hoy, pues, con varios temas en el aire para próximas entradas: ampliar el repaso histórico desde el punto donde lo habíamos dejado (entraba en escena la electricidad), describir las principales formas de modulación analógicas y explicar cómo se comportan frente al ruido, explicar los mecanismos de traducción de analógico a digital y viceversa, echar un ojo a las matemáticas que hacen posibles las tremendas prestaciones de los sistemas digitales, etc. Queda muuucha tela que cortar, pero de eso se trata, ¿no?

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Comments
3 Responses to “Analógico vs digital: tópicos, posibilidades y conceptos básicos”
  1. Elrohir dice:

    No estoy de acuerdo que la culpa de los problemas de zonas de sombra en el rural sea del estándar DVB-T y sus diseñadores. Un estándar se limita a garantizar una serie de prestaciones (Por ejemplo, decodificación por encima de -XdBm). Son las agencias radioeléctricas, y el ministerio correspondiente, las que deben sacar una ley que diga "cada Y km^2 debe haber estaciones con tal y cual potencia, de modo que se garantice la cobertura a un 99.9% de la población"Así que, si el estándar actúa como un producto, y el ministerio maneja el "Link Budget" poniendo más o menos estaciones, si el segundo no cumple las necesidades del primero no creo que sea culpa de los investigadores que contribuyeron a ese proyecto.En lo demás, gran artículo, como siempre.

  2. Mmm… es cierto, aunque el estándar bien podría haber hecho provisiones para permitir una degradación un poco más elegante. Aunque no sería técnicamente fácil, habida cuenta de cómo van codificadas las señales de audio y vídeo. Añadimos enlace a los organismos encargados del despliegue de los estándares 🙂 ¡Gracias por la observación!

  3. Elrohir dice:

    Es un tema difícil, ya que DVB-T no define códecs propios, sino que referencia a la espeficicación MPEG-2. Es un poco como lo de que IEEE 802.16 fija las capas PHY y MAC y WiMAX Forum fija las capas superiores, en el sentido de que distintos cuerpos se ocupan de distindas facetas del sistema (¿Qué sería de nosotros sin el "divide y vencerás" ? xD)En todo caso, sería necesario un algoritmo de compresión escalable (http://en.wikipedia.org/wiki/Scalable_Video_Coding), que divida la información en niveles de calidad y aplica códigos canal más robustos al "segmento con definición gruesa" y menos robustos al "segmento con alta definición". Este es un tema muy interesante y que apenas se ha comenzado a investigar, dudo que a nivel comercial ni siquiera MPEG-4 tenga algo tan avanzado.En el momento que DVB-T eligió algoritmo de compresión, la generación de h.264 aún estaba lejos, así que aunque quisiesen no hubieran podido diseñar un estándar "con degradación suave". En este contexto, cuando se decidió el apagón analógico, las autoridades y sus asesores técnicos debieron haber previsto este efecto y aumentar el Link Budget, o bien esperar a DVB-T2 o superiores.

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