6.3.4 부호화(디지털 신호) 작업
양자화된 수치를 처리(Processing)하여 송․수신하기 위해 부호화할 필요가 있다. 아날로그신호를 2진수 0, 1로 양자화했지만 기계장치가 0, 1의 숫자를 인식할수 없다. 따라서 이를 구형(矩形) Pulse 모양으로 바꾸어 주어야 하는데 이를 PCM(Pulse Code Modulation)이라고 한다. 이렇게 완성된 구형 Pulse 신호를 디지털신호(Digital Signal)라고 하고 이 과정을 부호화 작업이라고 한다.
구형 Pulse의 신호가 있는 것은 1이고, 없는 것은 0으로 표현된다. 다시 말하면 아날로그신호가 표본화되고 양자화되면서 2진법으로 변환되고 이것이 구형 Pulse로 변환되어 전송, 기록되고 등화(等化), 재생(再生)되어 복호화된 후 Low PassFilter를 거쳐 원래의 아날로그신호와 유사하게 된다.
그림 6-8 PCM 디지털 부호화
이렇게 부호화(符號化)하는 과정에서 디지털의 압축 기술이 필요에 따라서 요구 된다. 압축된 신호는 저장하거나 전송하기 편리하도록 처리되는 것이다.
압축은 다양한 기법을 이용하여 정보의 중복성을 제거하는 것인데 한 가지 기법만으로는 항상 모든 영상에 대하여 최선의 결과를 얻지 못한다. 디지털신호를 여러 가지 방법으로 압축하는 기술이 발전되고 있는데 이러한 과정이 하나의 부호화작업이다.
6.3.5 복호화(復號化) 작업
일단 디지털신호로 입력되는 신호를 우리가 가시화하기 위하여 원래의 아날로그신호 형태로 복귀시켜 주어야 한다. 이때 디지털화하기 전의 상태를 완벽하게 재현할 수 있다면 성공한 것이다. 그러나 완전한 복귀란 있을 수 없고 가장 가까운 근사값에 접근할 수 있어야 한다.
디지털신호인 구형 Pulse 신호를 2진수로 변환하고, 2진수를 10진수로 환원하여 양자화 이전의 단계로 변환한다. 이러한 작업을 D/A 변환이라고 한다.
간단히 D/A 컨버터 변환방법을 살펴보자. 변환기는 8 bit용 A/D 컨버터를 이용하여 만들어진 디지털이기 때문에 20, 21, 22, 23, 24 … , 즉 10진법의 1, 2, 4, 8,16, 32, 64, 128, 각각 8개의 수치와 동일한 값을 갖는 0, 1의 정위수(定位數)를 찾아내어 합산하면 원래의 아날로그값을 얻을 수 있다.
표 5-4에서 MSB(Most Significant Bit)에 2진수 1이 들어 있으면 128의 출력이 생기고, 2SB에 2진수 1이 들어 있으면 64의 출력, 3SB에 1이 들어 있으면 32의출력, 4SB에 1이 들어 있으면 16, 5SB는 8, 6SB는 4, 7SB는 2, LBS에 1이 있으면 1의 출력이 발생한다. 이 8단계에 모두 1이 되어 있다면 모두가 가산되어 결과는 255가 된다.
표 6-3 2진수를 10진수로 변환
10진수 값 | 107 | 173 | 84 | 77 | 153 | 130 | 64 | 255 | 10진수 |
최상위비트(MBS) | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 128 |
SB2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 64 |
SB3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 32 |
SB3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 16 |
SB5 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 8 |
SB6 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 4 |
SB7 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 2 |
최하위비트(LSB) | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
255가 10이라고 가정했다면 107은 약 4.2이고, 173은 약 6.8이고, ……255는 10이 된다. 원래의 아날로그값과 약간의 차이가 발생하는 것은 디지털화시킬 때 소수점 이하를 반올림했기 때문이다.
6.3.6 저역 필터(Low Pass Filter) 작업
D/A 변환과정에서 디지털신호를 아날로그로 변환하면서 그 신호에 많은 고주파를 포함하게 되어 이 불필요한 고주파를 제거하고 매끈한 원래의 아날로그신호에 아주 근접한 아날로그신호로 귀환하도록 하여야 한다. 이때 사용되는 저역 필터(Low Pass Filter)가 이러한 고주파를 제거하는 일을 하고 있다.
그림 6-9 Low Pass Filter에 의해 원형 회복
D/A 변환 후 아날로그 출력은 그림에서 보는 바와 같이 계단파형을 형성하고 많은 고주파를 포함하고 있는 것을 간단한 RC 필터를 사용하게 되면 매끄러운 원래의 아날로그 파형으로 복귀시킬 수 있다.
최근 기술에 의해 복호화 과정에서 재생되는 계단파형을 보다 조밀하게 하는 방법이 이용되고 있다. RC 필터를 사용하는 방법도 아주 정밀한 원래의 신호를 복호화 하는 한 방법이다.