Was ist im digitalen Zeitalter mit Analog passiert?

Ed Brown

Ich bin auf einen Artikel der University of Wisconsin gestoßen, der mich zum Nachdenken über die analoge Welt im Vergleich zur digitalen Welt angeregt hat. Darin wurde beschrieben, wie einige Forscher herausfanden, dass sie ein weit verbreitetes digitales automatisches Sprechererkennungssystem einfach dadurch täuschen konnten, dass sie durch einen PVC-Schlauch sprachen. Eine Erklärung, die meine Aufmerksamkeit erregte, war: „…da der Ton analog ist, umgeht er die digitalen Angriffsfilter des Sprachauthentifizierungssystems.“

Ich dachte, dass es einen grundlegenden Unterschied zwischen der analogen und der digitalen Welt gibt – die analoge Welt ist die Welt, wie sie tatsächlich existiert, und die digitale Welt ist eine manipulierte Annäherung. Wenn Sie beispielsweise ein analoges Signal durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) leiten, übertragen Sie analoge Informationen zu einem realen Zustand, beispielsweise der Temperatur, und zerlegen dieses kontinuierliche Signal in digitale Impulse . Der ADC nimmt die Amplitude des analogen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt und stellt sie als eine Reihe binärer Bits dar. Es gibt also eine dreifache Distanzierung des ADC-Ausgangs von der realen Welt. Zunächst stellt sich die Frage, wie gut das analoge Signal das physikalische Phänomen, das es misst, widerspiegelt – es ist nie perfekt. Hinzu kommt, dass der DAC das analoge Signal nur in diskreten Zeitintervallen abtasten kann. Dann muss dieses Sample durch digitale Bits dargestellt werden, deren Genauigkeit durch die Bandbreite begrenzt ist.

Warum ist es überhaupt so wichtig, die physische Welt zu messen? Wie ich in meinem vorherigen Blog erwähnt habe, gäbe es ohne die Wahrnehmung der physischen Welt kein Internet der Dinge (IoT) – es gäbe keine Automatisierung, keine vernetzten Fabriken, keine autonomen Fahrzeuge, keine Fernsicherheitssysteme, keine intelligenten Gebäudesysteme oder keine hochentwickelte medizinische Überwachung.

Signale müssen digitalisiert werden, bevor sie in den vernetzten Bereich des IoT gelangen können, daran besteht kein Zweifel. Es gibt jedoch anhaltende Diskussionen darüber, wie und wo die Digitalisierung erfolgen soll. Ein wachsender Trend geht dahin, die Verarbeitung am Rande durchzuführen. Die Kantenverarbeitung sollte eigentlich Vorverarbeitung genannt werden. Die Idee besteht darin, die Menge der an die Cloud – oder einen zentralen Prozessor – gesendeten Daten zu reduzieren, indem einige der Analysen am oder in der Nähe des Sensors durchgeführt werden. Dadurch wird die Bandbreite reduziert, die für die Übertragung einer großen Anzahl von Datenbits von allen Sensoren in einem System benötigt wird, und es verringert auch den Rechenaufwand für die Cloud.

Nach jahrzehntelanger Arbeit als EE befindet sich Ed Brown von der SAE Media Group bereits in seiner zweiten Karriere: Tech Editor.

„Wenn ich auf meine Tage als Ingenieur zurückblicke und mir als Redakteur die neuesten und besten Neuigkeiten ansehe, wird mir klar, dass ich angesichts meiner Ingenieurserfahrungen viele Gedanken darüber habe, was jetzt passiert, und einige davon möchte ich jetzt teilen .“

Hersteller erreichen dies, indem sie KI in den Sensor einbetten. Dies kann erreicht werden, indem der analoge Eingang digitalisiert und eine Inferenz auf dem Chip ausgeführt wird. Die winzige ML Foundation ist eine Entwicklergemeinschaft, die sich diesem Ansatz verschrieben hat.

In einem aktuellen Artikel von Sensor Technology beschrieb Tom Doyle, CEO von Aspinity, einen anderen Ansatz zur analogen/digitalen Arbeitsteilung. Sein Unternehmen hat einen analogen Chip für maschinelles Lernen entwickelt, der einen Teil der Vorverarbeitung mit viel geringerem Stromverbrauch durchführen kann als rein digitale KI.

In letzter Zeit gibt es eine Bewegung, Vinyl-Schallplatten zurückzubringen, weil einige Hörer meinen, der Klang sei wärmer und natürlicher. Es gibt keine Möglichkeit, das zu beweisen – es ist ein rein subjektives Urteil. Im Allgemeinen können digitale Aufnahmen technisch perfekter sein, da analoge Aufnahmen auf mechanischen Methoden beruhen. Die Elektronik dient lediglich der Verarbeitung und Verstärkung des Eingangssignals. Der Ton einer Schallplatte wird durch eine Nadel ausgelöst, die sich entsprechend den Rillen auf der Schallplatte bewegt. Aber manche Hörer bevorzugen vielleicht etwas weniger Perfektion. Dem kann man nicht widersprechen, denn es ist völlig subjektiv. Aber besteht der Zweck einer Musikaufnahme nicht darin, dem Zuhörer Freude zu bereiten?

Leistungsstarker, stromgesteuerter Digital-Analog-Wandler

Schnellere Berechnungen für Deep-Learning-Anwendungen

Es besteht kein Zweifel daran, dass wir im digitalen Zeitalter leben. Seine Auswirkungen sind in jedem Aspekt unseres Lebens spürbar, vom Computer, auf dem ich schreibe, über das Smartphone, das ich verwenden werde, über Facetime mit meinen Kindern außerhalb der Stadt bis hin zu Google, das mein ständiger Begleiter als Redakteur ist. Aber ich denke, dass es wichtig ist, nicht aus den Augen zu verlieren, dass die digitale Welt ihre Grenzen hat.

Das bringt mich zurück zu der Geschichte, mit der ich begonnen habe. Wenn Sie digitale Systeme entwerfen, die mit der realen Welt interagieren, ist es wichtig, auch die analoge Welt zu berücksichtigen.