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아날로그 정보를 디지털 신호로 변환 (codec) 코덱
- 인터넷 전화 (사람의 음성을 네트워크에서 전송 가능한 디지털 신호로 변환)
아날로그 - 디지털 부호화 과정
- 아날로그의 디지털 부호화는 펄스코드변조(PCM)를 사용해, 표본화, 양자화, 부호화의 3단계를 거치게 된다.
CODEC의 사용 목적
- 아날로그 데이터를 전송하기 위하여 디지터 신호로 변환시키고, 다시 디지털 신호를 아날로그로 복귀시키는 장비
- 코덱의 기술로는 펄스 코드 변조 (PCM)와 델타 변조 (DM) 있다.
펄스코드변조(PCM)
- PCM은 펄스 부호화 변조 방식으로 음성과 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 전송하고 수신측에서 복호화하여 다시 원래 음성으로 변환하는 방식
- 점유 주파수 대역이 넓은 단점
- 잡음과 누화에 강하다.
- 저질의 전송로도 사용기 가능하다.
- 광통신의 실현으로 대용량 전송이 가능하다.
- IC의 저가격화에 의해 경제적이다.
PCM의 순서
- 표본화 -> 양자화 -> 부호화 -> 복호화 -> 필터링
표본화(Sampling)
- 연속적으로 변하는 아날로그 신호를 주기적인 간격으로 표본 값을 구하는 과정으로 표본화 정리(Nyquist - Shannon Sampling Throrem : 나이퀴스트의 샘플링 정리)을 근거로 표본 개수를 정한다.
- 나이퀴스트으 샘플링 정리 : 어떤 연속하는 신호에 포함되어 있는 최고의 주파수를 fc라고 하면 적어도 1/2fc의 주기로 정보를 추출하면, 그 펄스에는 원 신호 정보의 모든것이 포함되어 있고 이 펄스로부터 원래의 신호를 재현하는 것이 가능하다는 것.
표본화 개수
- 샘플링횟수는 원래 신호를 복원화하기 위해서 최소한 원 신호 최고주파수의 2배
- 예) 4000 Hz -> 8,000번 5000Hz -> 10,000번
양자화(Quantization)
- 표본화한 표본 값을 정수화 하는 단계로 실수형의 표본 값을 정수가 되도록 반올림한다.
- 이 때 발생하는 오차를 양자화 잡음이라고 한다.
- 양자화 잡음은 PCM극 장치에서 발생한다.
- 전화나 핸드폰 통화 시 상대방의 음성이 실제 음성과 차이가 나는 것이 양자화 잡음인 경우
양자화 스탭(Step)
- 표본화된 하나의 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호를 부호화할 때 표본당 전송 비트가 4비트이면 양자화 스탭은 16개가 필요하고, 8비트이면 256개가 필요하다.
Companding
- 압축(Compression)과 신장 (Expanding)의 합성어로 전송될 일부분의 신호가 일정한 범위 내에 있지 않고 급격한 차이가 있을 경우 급격한 일부분의 신호에 의하여 많은 스탭 수가 필요하다. 이 때 사용하는 방법으로 급격한 신호를 압축해 압축 정보와 함께 전송하면 수신측에서 압축된 정보를 참조하여 원래 신호로 신장하는 방법
양자화 잡음
- 원파형과 양자화 파형과의 오차
부호화 (Encoding)
- 양자화된 표본 펄스의 진폭 값을 디지털 신호 '1'과 '0'의 조합으로 변환하는 단계이다.
- 부호화 과정에서는 인접 부호 간 1bit만 변화하는 Gray Code를 가장 많이 사용한다.
복호화(Decoding)
- 수신된 디지털 신호를 원래의 신호로 복원하는 단계 . PAM(샘플링한 신호) 재생, 복호
여파화(Fitering) : 재구성
- 인접한 PAM 신호의 정점을 연결하여 계단 모양의 파형으로 만들고, 저역필터기(Low Pass Filter)를 통과시킨다.
- 약간의 일그러짐이 있지만 표본화되기 전 원래의 신호와 비슷하게 복원된다.
재생(Regeneration)
- 펄스 유무만을 판단하여 유효 펄스만 재생되어 복호기로 전달
복호(decording)
재구성
- 복호된 표본화 신호는 저역통과필터를 통과해서 원래의 아날로그 신호로 재구성된다.
- 저역통과필터는 4KHz 이상의 주파수 성분은 제거해 버리므로 원하는 아날로그 신호만이 남게 된다.
신호 변환기
코덱
- 코더와 디코더의 합성어
코더
- 음성 또는 영상의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환
디코더
- 디지털 신호를 음성 또는 영상으로 변환
PCM은 코덱 장비의 직접회로나 칩에서 사용한다.
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