[멀티미디어공학] 2.아날로그 신호와 디지털 신호, 3. 표본화와 양자화 정리

  • 신호의 분류
    • 아날로그 신호
      • 시간축과 크기축 모두에서 연속적인 신호
    • 시간 연속 신호
      • 시간축 상의 모든 점에서 값 크기가 정의됨
      • 정해진 범위 내의 연속적인 모든 값, 정해진 유한한 개수의 가능한 값


    • 시간 이산 신호
      • 정해진 특별한 순간에만 값이 존재하는 경우
      • 수열로 표현될 수 있음
      • x를 Number Sequence라고 하고, x의 n번째 원소를 x(n)라 할 경우
      •  



      • 표본화된 신호를 의미

이거 의미하는게 뭔지 잘 모르겠음


    • 디지털 신호
      • 시간축과 크기축 모드에서 불연속적인 신호
      • 시간축 상에서 정해진 일부의 사간에서만 값 존재
      • 크기도 정해진 유한한 개수의 값들 중에 한 값
      • 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 ADC, 디지털화

  • 정현파
    • sin 함수에 의하여 표현될 수 있는 주기적 진동이 나타나는 파동

  • 복합파
    • 하나의 정현파로 표현될 수 없는 복잡한 형태의 파형
  • 푸리에 정리
    • 정사상태의 모든 파형은 진폭과 주파수 위상들을 달리하는 정현파들의 합으로 표혀ㅕㄴ
    • 파동의 스펙트럼 : 파동을 구성하는 정현파
    • 기저파(주파수가 가장 낮은) 와 하모닉스(기저파의 정수배)로 구성
    • 오일러 공식
      •  

e^(i세타) = 복소공간에서 반지름이 1인 단위들을 의미



      • 푸리에 정리

푸리에 급수의 계수를 구할 수 있을 경우,

 

그러나, 푸리에 급수는 주기를 갖는 함수를 전제하므로, 

일반적으로 접하는 신호의 경우 적용하기 힘듬

푸리에 변환!

  • 신호의 주파수 특성을 분석하기 위하여 적용할 수 있는 방법
  • 푸리에 급수와 마찬가지로 복합파를 정현파의 조합으로 분해
  • 푸리에 급수와 달리 주기함수가 아니더라도 분해가 가능하다는 특징을 가짐

푸리에정리 , 푸리에 변환 다시 이해 필요


표본화 : 원래의 신호로 복원할 수 있는 최소의 샘플링 주파수 = 나이퀴스트 정리에서 정의

  • 표본화 주파수(단위 시간 당 추출한 표본 수) : fs
  • 표본화 주기(단위 시간당 추출한 표본 수의 역수 = 각 표본의 간격): Ts

나이퀴스트 정리 (나이퀴스트-섀년 표본화 정리)

대역폭이 제한되어 있는 신호를 대역폭의 두배 이상의 표본화 주파수로 표본화 진행 시

주어진 표본으로부터 연속시간 신호 재생

  • 나이퀴스트 레이트 : 최고 주파수, 또는 대역이 주어졌을 때 그 두배가 되는 표본화 주파수
  • 나이퀴스트 주파수 : 표본화 주파수가 주어졌을 때 그 절반의 주파수
  • 에일리어싱 (Ailasing) : 높은 주파수를 갖는 신호가 나이퀴스트 표본화율보다 낮은 표본화율에 의하여 낮은 주파수의 신호로 변화하는 현상

이거 왜 나온 그림...

에일리어싱 표 그림 이해 필요


양자화 : 추출된 표본의 크기 값을 정해진 유한한 개수의 값들로 대치하는 과정

양자화 잡음 : 신호 샘플의 실젯값과 대푯값의 차이 (최대로 한 구간의 절반이 될 수 있음)

단위는 DB
양자화의 한 구간의 크기 I와 N bit를 사용하여 양자화
양자화 잡음비는 N 비트 수에 비례


  • 선형 양자화 (균일 양자화, 스칼라 양자화)
    • 양자화되는 각 구간의 크기를 일정하게 유지하는 방법
    • 벡터 양자화와 대비햐여 한 개의 값 씩 양자화
    • midtread 양자화 : 전체가 홀수개의 양자화 구간을 가짐

  • 비선형 양자화 (좋은 성능)
    • 양자화 구간의 크기가 일정하지 않도록 하는 방법
    • 컴펜딩 (Companding : Compressing + Expanding ) 방법:
      • 인간의 청각적 특성을 반영하여
      • 작은 소리는 양자화 구간을 더 좁게, 큰 소리는 양자화 구간을 더 넓게