Digital TransMission(2) - Ananlog data to digital data conversion

저번 시간에는 Line coding: digital data -> digital signal 변환 방법을 배웠다.

이번시간에 배울 내용은 analog data -> digital data 변환 방법이다.

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PCM (Pulse Code Modulation)

아날로그 데이터를 디지털 데이터로 바꾸는 방법 PCM은 3단계로 나타낼 수 있다.

1. Sampling

2. Quantization

3. Binary encoding

 

아날로그 데이터의 특징 두가지가 있는데, PCM의 step을 따라가면 이 특징들을 디지털데이터의 특징으로 바꿀 수 있다

1. 연속적인 값을 가짐 <= sampling으로 연속적이지 않은 값들로 변경

2. 값의 표현이 무한함 <= quantization으로 값을 유한대로 표현

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Sampling

아날로그 신호에서 매 T초마다 샘플을 뽑는다.

T = sampling interval

f = 1/T = sampling rate or sampling frequency(초당 몇개의 샘플을 뽑아?)

 

Nyquist 나이퀴스트 이론

아날로그 데이터에 포함된 최대 주파수의 2배 이상으로 샘플링 주파수를 설정하자.

그래야 원본을 유지할 수 있다.

예를 들어 사람의 목소리의 추파수가 최대 4000이라면, 샘플링 주파수는 8000이상으로 설정해야 함

 

 

Quantization

주어진 범위의 무한대의 영역의 값을 유한한 값으로 변경

전압을 일정한 구간으로 나누고, 같은 구간이면 같은 값을 가지도록 변경함.

(L개의 구간, 한 구간의 높이를 델타라고 함)

구간별로 code를 붙이고, 이 코드를 이진수로 변환하면 Binary encoding 인듯.

 

quantization level이 높아지면 한 구간의 값인 델타값의 작아져 정확도가 높아지지만(에러 감소),

Binary encoding시 bit가 길어지게 된다.

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Nonlinear PCM

 

 

왼쪽은 quantiztion시 각 구간을 똑같은 높이로 나누었는데,

오른쪽의 nonlinear 방식은 구간을 어떤 구간은 작게, 어떤 구간은 크게 나누었다

 

왜 이런 방식을 사용했지?..

어떤Analog Signal을 분석해 보니, 어떤 amplitude 구간에서 대부분의 데이터가 표현된다고 한다.

나는 데이터의 정확도를 높이고싶은데, quantization level을 무턱대고 높이기엔 더 긴 bit로 표현해야한다..

그래서, 데이터가 밀집한 구간만 더 잘게 쪼개어 error를 줄이고, 빈도가 낮은 구간은 크게 쪼갠 것이다(물론 크게 쪼갠 구간에서의 error는 크겠지만 어차피 빈도가 낮은 곳이니까..).