CCTV的一則廣告詞是“數字新時代，美好新未來”。數字經濟、數字中國、企業數字化、辦公數字化、文物保護數字化等，有關數字和數字化的說法不勝枚舉。數字經濟主要包括數字化、互聯網、物聯網、5G通信、大數據、云計算、區塊鏈和人工智能等，數字化是其基礎技術支撐，它是物理世界和數字化虛擬世界的交匯點，或者接口。到底什么是數字化？要明白這個概念，首先要了解什么是模擬量，什么是數字量，然后才能明白什么是數字化。

現實世界中，大多數物理量是連續變化的，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變化的量稱為模擬量，人們一般用曲線來表示模擬量連續變化的特征。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)

數字量是模擬量曲線上某一點的測量數值。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。如果要監控人體溫度，按雙數整點來測量體溫的話，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，這些都是數字量。

圖2.用一組順序數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。如果進一步縮短時間間隔來測量，會得到更多的溫度數字量。這些順序數字量就近似表達了這條曲線的變化，測量的次數越多，順序數字量表達曲線就越準確。

對連續的模擬量進行密集的等間距的測量，得到一組順序數字量的過程稱為模擬量的數字化。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，對曲線的數字化表示越準確，數字化質量越高。

現實世界中的萬事萬物都有其內在自然規律，物理學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，如果要用計算機對這些模擬量進行測量、儲存、計算、網絡傳輸等處理，就要先對它們進行數字化。

數字化一般通過傳感器、模擬/數字轉換器（簡稱模/數轉換器、ADC）和計算機來實現。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/數字轉換器把電壓模擬量變成一個個的電壓數字量，然后保存到計算機中，并進行相應的數據處理(例如求最大值、最小值、平均值、繪制曲線等)。

圖3.真實世界與數字化和網絡化的

虛擬世界的數字化接口

例如，您要用手機錄制一首歌聲，手機會先用傳感器(麥克風)把歌聲變換成變化的電壓模擬量，再進行模/數轉換，把電壓模擬量轉換成一個個數字量,并按照MP3的格式儲存在手機里。反過來，如果要把手機里的MP3音樂播放出來，就要把MP3文件中一個個數據送到數字/模擬轉換器（簡稱數/模轉換器、DAC）中，變成電壓模擬量后，驅動職能器(揚聲器)播放出歌聲(參見圖3上)。

數字量在計算機里都是用二進制表達的，因此，我們可把模/數轉換器（ADC）和數/模轉換器（DAC）看作是模擬世界和數字世界的數字化接口(圖3下)。這個接口一邊是模擬世界，另一邊是數字世界，而且是二進制的數字世界。

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芯片的技術指標中，轉換精度和轉換速度是十分重要的指標。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

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

圖6.萬物互聯需要模擬-數字轉換

才能實現

這里介紹一些日常生活中數字化的例子。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上的信息，它們不易長久保存，很容易造成損壞、變質或性能變差。因此，人們就借助數字化技術，把電影膠片變成數碼電影，照片變成數字照片，音樂磁帶變成數碼歌曲，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、計算機、物聯網和移動通信技術的發展，數字化涉及的方面越來越多，滲透的經濟和社會活動越來越廣，極大地改變了人類社會的樣貌。可以說，數字化開辟了人類信息化、智能化世界的新紀元。

審核編輯 ：李倩