1. 아날로그 신호를 디지털로 변환
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 이유는 다음과 같다.
- 무질서한 잡음으로부터 구분하는 전자회로 설계가 용이
- 디지털 신호가 보다 명확하고 규칙적임
컴퓨터가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정(Analog to Digital Convertor)은 표본화, 양자화, 부호화 과정을 거친다.
1) 표본화(Sampling)
아날로그 파형을 디지털 형태로 변환하기 위해 표본을 취하는 것을 의미한다.
나이키스트 정리에 따르면 표본화 시 원음을 그대로 반영하기 위해서는 원음이 가지는 최고 주파수의 2배 이상으로 표본화를 해야 한다.
따라서 음악 CD의 경우 표본화율이 44.1KHz 정도는 유지되어야 사람의 가청 주파수를 모두 지원할 수 있다.
2) 양자화(Quantizing)
표본화된 각 점을 어느 정도의 정밀도로 표현할 것인지 정하는 것을 의미한다.
8 bit로 양자화를 하면 값을 256단계로 표현할 수 있지만, 정밀도를 높여서 16bit로 양자화를 하면 좀 더 세밀한 65,536단계로 표현이 가능하다.
3) 부호화(Coding)
표본화와 양자화를 거친 디지털 정보를 2진수로 표현화는 과정이다.
대체적으로 사운드 파일의 원본 용량은 크기 때문에 일반적으로 부호화 과정에서 압축하여 저장한다.
다음은 아날로그 신호의 표본화, 양자화, 부호화 과정을 나타낸 그림이다.
* 디지털 사운드 파일의 크기 및 음질 비교
- 표본화율: 11.025KHz, 양자화 정밀도: 8bit, 길이: 1분 (mono 음악 파일)
11.025 x 1000 x 8 x 60 = 5,292,000bit = 661500Byte = 661.5KB = 0.6615MB
- 표본화율: 22.05KHz, 양자화 정밀도: 16bit, 길이: 1분 (stereo 음악 파일)
22.05 x 1000 x 16 x 60 = 21,168,000bit = 2,646,000Byte = 2,646KB = 2.646MB
stereo 음악 파일이므로 2.646 x 2 = 5.292MB
- 표본화율: 44.1KHz, 양자화 정밀도: 16bit, 길이: 1분 (stereo 음악 파일)
44.1 x 1000 x 16 x 60 =42,336,000bit = 5,292,000Byte =5,292KB = 5.292MB
stereo 음악 파일이므로 5.292 x 2 = 10.584MB
2. 사운드의 저장 방식
1) PCM(Pulse Coded Modulation)
PCM 방식은 '입력된 값 그대로를 기록하는 방법'을 의미한다. 압축을 하지 않기 때문에 용량이 크며 CD 등에서 활용되는 고품질의 저장 방식이다.
2) ADPCM(Adaptive Differential Pulse Coded Modulation)
바로 앞 신호와의 차이를 저장하는 방식. 여기서 차이만 저장하는 방식은 DPCM 방식이라고 하는데, DPCM은 인접한 값과의 차이가 크면 비효율적이라는 단점을 가지고 있다.
ADPCM 방식은 그에 반해 DPCM에서 인접한 값과의 차이가 크면 진폭을 나누는 단계를 크게 하고, 차이가 작으면 진폭을 나누는 단계를 작게하여 가변적으로 차이를 정밀하게 저장하는 방식이다. PCM 방식은 용량이 크기 때문에 ADPCM 방식이 주로 사용된다.
Ref.
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https://linecard.tistory.com/22
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ndb796&logNo=220686204613&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
