신호의 디지털화

신호(signal)의 분류

아날로그(analog) 신호: 연속적인 신호

장점: 낮은 비용으로 단순하게 처리 가능하며 쉽고 직관적임

단점: 조작이 쉽지 않고, 영구 보관의 어려움

 

디지털(digital) 신호: 불연속적인 신호

장점: 값이 명확하고, 아날로그 보다 신호 품질이 우수하며, 저장 장치를 이용해 영구적으로 데이터 저장이 가능하다.

데이터 통신을 응용하는 분야에서, 데이터 전송이 가능

단점: 회로 구조가 더 복잡하고, 신호의 특성을 100% 간직할 수는 없음

 

아날로그 신호로부터 디지털화 과정으로 언어짐에 있어서 필요한 3단계

- 표본화(Sampling), 양자화(Quantization), 부호화(Coding Step)의 3단계

 

표본화 단계

- 1차원 신호의 표본화(Sampling)

연속된 신호 파형에서 일정한 시간 간격으로 값을 취해 불연속적인 신호로 변환하는 것

표본화 주기: 일정한 시간 간격

 

http://itnovice1.blogspot.com/2019/09/blog-post_31.html

왼쪽의 그래프 = 아날로그 신호

오른쪽의 그래프 = 표본화 된 신호 = 샘플링(sampling)을 한 상태 = 일정한 간격으로 나눈 상태

 

(그래프 위에 있는)점 = sample

점의 크기를 정하는 것: 양자화 비트 수

 

ex) '방' = 샘플 / '방의 크기' = 양자화 비트 

방의 높이가 160cm라고 했을 때 160cm가 넘는 가구는 들어오지 못한다.

그래서 160cm 가 넘는 가구는 잘라서 안으로 넣는다. 이때 억지로 잘라서 넣는 것을 '양자화 오차'라고 한다.

 

- 1차원 신호의 양자화(Quantization)

표본화 과정에서 얻은 표본 값 그대로 이진 데이터로 표현하는 것은 비효율적

표본 값을 디지털 장치나 컴퓨터에서 표현할 수 있는 근사 값(원래의 수와 비슷한 )으로 변환하는 과정

 

양자화 비트 수

표본 값을 정밀하게 표현하는 데 사용하는 비트 수(n)

비트 수와 레벨(단계)의 관계: 레벨의 수 2^n

부호화 단계

부호화는 디지털화의 최종 단계

양자화된 표본의 값을 디지털 정보로 표현. 즉 이진수로 값을 표현하는 것

이미지는 데이터의 이 매우 크므로, 십진수를 바로 이진수로 변환하는 방법은 비효율적임

보통은 압축 부호화를 수행하여 이진수로 변환함 (이진수 변환 표를 보면 맨 앞자리가 0 이면 양수 1이면 음수이다.)