아날로그-디지털 변환(PCM, 델타 변조)
아날로그-디지털 변환(ADC)
- 주로 application layer에서 발생하는 부분 입니다.
- 이것도 physical layer에서 쓰기도 합니다.
- 실제로 무선 통신을 할 때는 디지털 데이터들이 아날로그 시그널로 나가는데 증폭 후 디지털로 받습니다.
- 둘 다 쓰는데 개념은 똑같다.
- (마이크나 녹음에 다 들어가 있음)
펄스 코드 변조와 델타 변조라는(pulse code modulation and delta modulation)두 가지 기술에 대해 설명
1. Pulse Code Modulation (PCM)
(펄스 코드 변조)
Modulation 과 deModulation 을 합처서 우리는 MoDem이라고 부릅니다.
가장 많이 사용되는 방법이 PCM입니다.
Sampling: 특정 시간 간격으로 정보를 추출하는 것
Quantizing(양자화): 레벨에 맞게 매핑하는 것
- 레벨에 따라서 0과 1에 맞게 매핑되는 걸 즉
- 몇이면 1111 몇이면 0110 이런식으로!
- 이런 방식이 PCM입니다.
샘플링
- 이떄 시간간격은 음색을 의미하고 (주파수를 잘 보존하는것) 이건 소프라노 알토를 쉽게 구분하는 것
- PCM의 첫 번째 단계는 샘플링입니다.
- Ts는 샘플 간격 또는 기간입니다.
- 샘플링 속도 또는 샘플링 주파수는 fs로표시되며, 여기서 fs = 1/ Ts입니다.
- 가장 일반적인 샘플링 방법: 샘플링 후 보류
- 펄스 진폭 변조(PAM)라고도 합니다
- 이게 sample and hold로 에너지를 홀드하는 시간이 필요합니다.
샘플링 이론
나이퀴스트 정리에 따르면 샘플링 속도는 신호에 포함된 최고 주파수의 2배 이상이어야 합니다
한 주기당 두번의 점을 찍어주면 된다.
이론적으로 더 많이 샘플링한다고 더 많이 샘플 링이 되는 것 아닙니다.
사람의 귀는 20khz를 듣는게 거의 최대이기 때문에 샘플링할 때 40khz로 주로 샘플링합니다.
만약 bandwidth만 알면 sampling rate를 알 수 없습니다!
양자화
미리 정해놓은 값으로 바꾸기.
양자화 공식까지는 몰라도 됩니다.
- 양자화 오류
- 노이즈가 발생할 수 있다.
인코딩
- PCM의 마지막 단계는 인코딩입니다.
- 각 샘플은 nb -비트 코드 단어로 변경할 수 있습니다.
- 양자화 레벨의 수가 L인 경우 비트 수는 nb = log2 L입니다.
- 비트 전송률 공식
디코딩
- 원본 신호를 복구하려면 PCM 디코더가 필요합니다.
- 계단 신호가 완료되면 저역 통과 필터를 통과하여 계단 신호를 아날로그 신호로 부드럽게 만듭니다.
- 필터의 차단 주파수는 발신자의 원래 신호와 동일합니다.
- 신호가 나이퀴스트 샘플링 속도 또는 그 이상으로 샘플링되고 양자화 레벨이 충분한 경우 원본 신호가 다시 생성됩니다.
Delta Modulation (DM)
- PCM은 매우 복잡한 기술입니다
- PCM의 복잡성을 줄이기 위해 델타 변조 (DM)이 있습니다.
- 신호가 들어오면 해당 신호를 일정시간동안 유지해줍니다.
- 1은 증가 0은 감소를 의미합니다.
- 델타 변조 구성 요소
- 이 프로세스는 델타 δ라고 하는 작은 양수 또는 음수 변화를 기록합니다.
- 델타가 양수이면 프로세스는 1을 기록합니다;
- 음수인 경우 프로세스는 0을 기록합니다.
- 그러나 생성된 아날로그 신호는 평활화를 위해 저역 통과 필터를 통과해야 합니다
The created analog signal, however, needs to pass through a low-pass filter for smoothing
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