Data Acquisition System
하드웨어의 주요 기능은 analog <-> digital signal의 변환 입니다.
Pulse Code Modulation (PCM)
아날로그 > 디지털 변환 과정입니다. Nyquist Sampling 이론 을 사용하여 인코딩합니다. 이 이론에 따르면, Sampling 과정에서 입력 데이터 주파수의 2배 이상으로 샘플링을 진행할 경우, 데이터 손실이 발생하지 않습니다. 예를 들어, 사람의 목소리는 0~4kHz 의 스펙트럼을 갖습니다. 따라서 사람의 목소리를 샘플링할 경우, 8kHz로 샘플링을 하면 됩니다.
전체적인 진행 과정은 다음과 같습니다.
- Sampling : Discrete-time
- Quantizing : DIscrete amplitude signal
- Encoding : Digital bit stream output signal
위 과정이 PCM의 예시입니다. 여기서 중요한 것은, quantizing 과정에서 PAM(Pulse Amplitude Modulation)으로 샘플링한 값을 특정 값으로 매핑할 때, 원래의 데이터와 차이가 발생합니다. 이 과정에서 발생한 차이는 복구 불가능한 값인데, 이걸 ‘노이즈’ 라고 합니다. 이걸 줄이기 위해서는 샘플링 간격을 더 촘촘하게 해야 하는데, 이러면 샘플당 비트수가 커지기 때문에 필요한 데이터 양이 많아져서 이 또한 문제가 됩니다. 이러한 이유로 압축 기술이 중요하게 되었습니다.
데이터 양의 문제는 비디오로 가면 더 커집니다. 예를 들어 사람의 목소리 정보를 계산해 보면
이고 예를 들어 48kHz, 16bits/sample, stereo (2 channel) digital audio를 1시간 동안 녹음할 경우에는
대략 700MB가 필요합니다. 만약 비압축 동영상의 경우에는 ?? 30 FPS 로 해도 엄청나게 많은 양의 데이터가 발생합니다. 따라서 압축은 필수적인 요소 입니다.
