정보통신의 기초지식

◉ PCM (Pulse Code Modulation)의 원리

1. 아날로그 정보를 디지털로 바꾸어야 할 필요성

전화는 음성 파형을 전기적 파형으로 변환하여 상대방에게 정보를 전송하는 것이다. 전화망은 원래 아날로그 망으로 개발되었다. 그러나 아날로그 형태로 정보를 전송하면 전송로를 통과할 때 왜곡되거나 전송 도중에 잡음이 섞여 파형이 흩어져 통신 품질이 좋지 않다. 인간의 목소리는 높고 낮음과 진폭의 크고 작은 요소를 가지고 있는데, 이와 같은 고저 강약을 부호로 바꾸어 전송하면 잡음에 강하고 다중화가 쉬워 경제적인 전송을 할 수 있다. 그렇기 때문에 아날로그 정보를 디지털로 바꾸게 되었다.

2. 아날로그 정보의 디지털 변환 과정

(1) 표본화((sampling)

아날로그 신호를 일정한 간격으로 샘플링하는 것을 표본화라고 하는데, 『샘플링 주기는 원 신호 최고 주파수의 2배의 빈도로 표본화 하면 원래의 신호는 완전히 복원된다』는 표본화 정리가 PCM의 이론적 근거로 되어 있다. 전화의 경우 최고 주파수가 4kHz(1초간 4,000번 진동)이기 때문에 2배의 8kHz, 즉 매초 8,000회의 빈도로 표본화 하면 좋다는 것이 표본화 정리인 것이다.

즉, 8kHz간격 (1÷8Khz=125마이크로 초)마다 보내더라도 좋은 것이다. 이렇게 해서 매초 8,000의 표본치 하나하나가 8bit의 2진 부호화되니까 8,000×8=64,000, 즉 매초 64kbit/s 의 부호 정보가 되는 것이다.
 

<그림 1> PCM의 원리

(2) 양자와(quantization)

아날로그 음성 파형은 간단히 수치화하기 힘들다. 어느 수치와 수치 사이에 있을 수 있는 수치가 많기 때문에 이를 4사 5입해서 간단한 수치로 고치는 것을 양자화라고 한다.

(3) 부호화(encoding)

양자화 값을 2진 디지털 부호로 바꾸는 것을 부호화라고 한다. 즉 LSI(대규모직접회로)가 감지할 수 있거나 없는 펄스 조합으로 표시하는 것이다.

최대 변동폭을 세밀하게 구분하면 할 수록 샘플 값을 정교하게 보낼 수가 있다. 그러나 한 개의 샘플 값을 보내는 데 필요한 [0], [1] 펄스의 수 부호화 비트 수가 늘어나면 그만큼 반도체 부품이 늘어나게 되고, 반대로 듬성듬성 부호화하여 비트 수가 적어지면 품질이 나쁘게 된다.

<그림 2> Analog-Digital 변환의 원리

※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr/