[데이터통신] PCM: 표본화(샘플링), 양자화, 부호화, 복호화, 여과(필터링)

 아날로그 신호에서 디지털 신호로, 디지털 신호에서 아날로그 신호로 복원하는 PCM과정을 살펴보겠습니다.

 

[ Contents ]

 

 

1. PCM(Pulse-Code Modulation, 펄스 부호 변조)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하는 방식으로, 신호를 일정한 간격으로 측정해서 이진코드로 바꾼 기법

 

 아날로그 신호를 모두 기록하려면 상당한 용량이 필요합니다. 하지만 신호에는 일정한 패턴이 있고 일부분만 기록해도 다시 복원할 수 있습니다. 이를 이용한 변조기법입니다.

 PCM은 표본화(Sampling), 양자화(Quantiation), 부호화(Encoding) 과정을 거쳐 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변조하며 복호화(Decoding), 여파화(Filtering) 과정을 거쳐 다시 복원합니다.

 

 

 

1) 표본화(Sampling, 샘플링)

아날로그 신호를 일정 간격마다 추출하는 단계

 

 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하기 위해, 일정 간격마다 샘플(표본)을 추출하는 작업입니다. 

 샘플링 횟수는 '나이퀴스트(Nyquist)의 표본화 정리'에 따라 최고 주파수의 2배 이상으로 잡으며, 그래야만 원래 신호로 재현할 수 있습니다.

 ex) 최고 주파수가 4kHz일 경우, 최소 샘플링 횟수는 4000 * 2 = 8,000번 (표본화 주기는 1/8000초)

 

 

 

2) 양자화(Quantiation)

표본화된 수치를 반올림해서 정수로 만드는 작업

 샘플링한 표본은 실수입니다. 디지털 신호로 바꾸기 위해서 정수로 반올림하는 작업입니다.

 반올림하면서 생기는 오차를 '양자화 잡음(Quantiation Noise)'이라고 하며, 이러한 오차를 줄이기 위해서는 표본 횟수를 높이거나 양자화 간격을 좁혀야 합니다.

 

 

 

3) 부호화(Encoding)

양자화된 신호를 디지털 신호로 변조하는 작업

 

 정수를 이진수로 변환하여, 디지털 신호로 변조하는 작업입니다.

 보통 양자화 단계를 128단계로 나누며 7bit로 표시합니다. (2^7 = 128) 그러면 1bit로 부호(+, -)를 표시해서 총 8bit = 1byte가 됩니다.

 디지털 신호로 바꾸면 동기화 및 오류 검출에 유용하며, 잡음 영향을 감소시키는 효과가 있습니다.

 

 

 

4) 복호화(Decoding)

전송된 디지털 신호를 표본화 펄스로 복원하는 작업

 

  이제부터는 했던 작업을 거슬러 올라가는 과정입니다. 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸기 위해서, 표본화된(샘플링된) 신호로 변조합니다.

 

 

 

5) 여파화(Filtering)

복호화된 신호를 아날로그 신호로 복원하는 작업

 

 복호화된 신호를 저역 필터에 통과시켜, 아날로그 신호로 복원합니다.