아날로그와 디지털의 차이점

http://www.coolenjoy.net/bbs/cboard.php?id=37&no=1632 에서 퍼온글입니다. 개인적으로 보려고 펌한 글이니 자료 보시려면 위 사이트에 가셔서 보세요~

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안녕하세요. 컴퓨터매니아입니다...^^ 얼마전에 음성데이터 처리에 대해서 글을 올렸는데 많은분들이 어려워하시더라구요. 나름대로 쉽게 쓴다고 쓴건데... 그래서 압축이야기는 잠깐 쉬었다 다음에 하고 이번엔 간단하고 더 이해하기 쉬운 이야기를 하려고 합니다.

디지털이 아날로그에 비해 훨씬 데이터 품질이 뛰어나다고 합니다. 왜그런말이 나온걸까요? 

그 말의 배경에는 무엇이 있는걸까요?

한참 디지털이란 말이 유행했던 시기가 생각납니다. 제가 초등학생이었죠. 2000~2003년 정도 였던걸로 기억합니다. 

그땐 장난삼아 친구들하고 디지털을 돼지털이라고 바꿔서 부르기도 했었죠.

본론으로 들어가기전에... 왜 사람들은 음성과 영상들을 정보화 하려고하는걸까요?

딱 2가지 이유밖에는 존재하지 않습니다. 하나는 음성과 영상을 『저장』하기위함이고 다른 하나는 다른 사람에게 『전달』하기 위한것입니다.

그렇다면 저장과 전송을 하기 위해서는 반드시 디지털 형태로 변형되어야 하기 때문일까요?

아닙니다. 아날로그 데이터도 저장과 전달이 가능합니다. 예를 들면 옛날에 사용하던 축음기와 구식 전화기가 되겠죠. 데이터는 아날로그와 디지털 2가지 상태로 존재할 수 있습니다.

아날로그도 충분히 전송과 저장이 가능한데 왜 사람들은 디지털화 하려는걸까요?

지난번에도 말했다시피 디지털화 하는 이유는 데이터의 품질 때문입니다. 왜 디지털이 품질이 좋은지 알아봅시다. 

그 전에 앞서 아날로그 데이터가 가지는 단점에 대해서 먼저 짚어봐야 할 것 같은데요. 

아래에 그림은 어떤 음원의 시간-진폭 그래프입니다. 

어떤 사람이 여자한테 전화로 노래를 들려 주려고합니다. 그 남자는 매우 노래를 잘해서 원곡과 똑같이 생긴 파형의 노래를 불렀고 그 소리가 마이크를타고 아름다운 운율의 전기신호를 만들었습니다. 아마 저 그래프랑 똑같이 생겼겠죠? 전기 신호는 전선을 타고 여자의 집에 있는 전화기까지 가야하는데 문제가 생겼습니다. 남자와 여자의 집이 너무 멀어 전기신호가 가는 도중에 주변환경에 장애물에 노출되어 전기신호가 의도한바와는 다르게 전송되어 버렸습니다.

여자에게 남자가 부른 노래가 도착했을 때쯤엔 아래 그래프처럼 잡음이 많이 꼈을수도 있습니다.( 꼭 그렇지는 않습니다.)

그나마 잡음은 많이 꼈지만 사람은 컴퓨터가 아니니까 대부분의 소리들은 식별할 수 있지요.

아래 음원은 변조된 노래입니다.

잡음이많이 꼈지만 그래도 어느정도는 알아들을 수 있지요? 

전기신호는 다른 자기장이나 온도의 차이에도 쉽게 변조되므로 원본신호 100%를 그대로 받는 다는건 거의 불가능에 가깝습니다.

 

음악이나 영상은 어느정도 변경되어도 사람이 알아볼정도의 수준만 되면 크게 어렵지는 않습니다. 하지만 100%신뢰성이 요구되는 텍스트를 전송하려면 어떻게 해야할까요?

만약 아날로그 통신을 하는 메신저가 있다면 아마 끔찍한 상황이 벌어질 겁니다. 보낼때는 분명히 "오늘 뭐해?"라고 보냈는데 정작 메세지를 받는 사람은 " ìĊë ë­íṀ?" 이런식으로 나올지도 모르는 일이니까요. 혹은 운이 좋으면 "ìĊë 뭐해?"라고보일지도 모르죠.. 통신이 불가능 합니다. 이것이 아날로그 전송이 가지는 가장 큰 문제점입니다.

 

디지털은 이런 문제점을 해결하기 위해 등장했습니다. 디지털이라고 뭐 엄청나게 혁신적인건 아닙니다. 디지털이 아무리 날고 긴다해도 결국 전기신호로 통신하는건 변함이 없습니다. 전송하는 매개가 바뀐게 아니라 전송방식이 바뀐것이죠. (이런걸 프로토콜이라고 하나요?)

저번 강좌때 소리를 디지털화하는 과정안에 양자화(Quantization)라는 과정이 존재한다고 했었습니다. 기억하시나요? 양자화라는건어떤 정보를 0과 1로 실제적으로 바꾸는 과정입니다. 그냥 간단하게 "아~ 소리를1010101111101110101010100 이런식으로 바꾸는 과정이구나!" 생각하시면 쉽습니다.

그럼 아날로그 데이터가 디지털 데이터로 변경되면서 어떤 노래는 무수히 많은 0과 1의 조합으로 바뀌게 됩니다.

(X축==시간, Y축==전압)

 

이렇게 되면 이 0과1의 조합을 다른 컴퓨터로 전송하면 되는겁니다. 그 0과1의 조합을 받은컴퓨터는 그걸 다시 거꾸로 해석해서 노래를 재생하면 되는것이구요!

지금쯤이면 이렇게 생각하시는 분들도 있을겁니다. 

"아날로그로 보내나 디지털로 보내나 어차피 똑같은 전기 신호를 보내는거고 전기신호인 이상은 모두 잡음이 생길텐데 왜 굳이 디지털화 하는거지?"

이 질문에 대답을 드리자면 디지털은 잡음을 필터링 할 수 있기 때문입니다

위와같은 파형이 디지털화 되었지만 장애물로 인해 변조된 신호입니다. 하지만 데이터가 0과 1로 이진화 되어있으므로 가장 간단한 필터링으로(이 필터링은 예전에 사용되던 방식이며현재는 그렇게 많이 사용되지 않는다고 합니다.) 1과 0의 중간 지점인 0.5쯤에 기준선을 하나 긋고 0.5보다 크면 1, 0.5보다 작으면 0으로 인식하면 처음에 보냈던 데이터를 100% 복원해 낼 수 있습니다.

처음 보냈던 신호가 1010101111101110101010100이었는데 복원해 낸 신호도 1010101111101110101010100이네요....

네, 데이터를 100% 전송했습니다.

(디지털데이터 전송방식은 진폭뿐만 아니라 주파수, 위상으로 보내는 방법들도있습니다.)

디지털은 데이터 무손실이라는 뛰어난 장점 때문에 널리 사용되는것입니다..ㅎㅎ

2진화 연산밖에 하지못하는 컴퓨터가 상용화되면서 디지털화는 하나의 대세가 되었죠. 

이미 많은 음성, 영상, 텍스트 데이터들이 디지털화 되었습니다.

이번주는 디지털 전송과 아날로그 전송의 특징과 디지털 데이터가 어떻게 전송되었는지 알아보았습니다. 

이번편은 아주 쉽게 설명하려고 노력했는데 어떻게 느끼실지 모르겠네요.

지금의 발전이 있기까지 수많은 노력을 했던 많은 수학자, 컴퓨터 공학자분들께 잠깐 감사하는 마음을 가지자구요..^^