펄스 부호 변조 (PCM : Pulse-Code Modulation) 지식공유

[nodobi]

1팀에서 팀원들과 스터디한 내용 중 펄스 변조 방식 중 PCM에 관한 내용 공유드립니다 😊
사전 정보 관련해서 윤지님과 선영님이 정리를 자세히 해주셨습니다 !
https://github.com/orgs/euphony-io/discussions/195
https://github.com/orgs/euphony-io/discussions/190

PCM : Pulse-Code Modulation

• 최초로 실용화된 '음성의 디지털 부호화' 및 '다중화 전송' 펄스 변조 방식

1. 특징

• 신호의 유무를 가지고 정보를 전달하기 때문에, 잡음과 간섭에 강하다.
• 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하기 위하여 채널 대역폭을 효과적으로 바꿀 수 있다.
• 음성신호를 전송하는 경우 소요되는 대역폭이 채널당 64Kb/s로 크다.
• 양자화 과정을 거치며 PCM 고유의 양자화 잡음이 발생한다.

2. 과정

2.1 표본화

• 음성, 영상 같은 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출한다. ⇒ PAM 신호
• 표본화 횟수 = 2 * 최고 주파수 ( 그 이상인 경우 오버 샘플링 )
• 표본화 간격 = 1 / 표본화 횟수

2.2 양자화

PAM 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 PAM파를 각각의 대표값으로 변환하는 과정

• 실수 형태 신호 PAM ⇒ 반올림하여 정수형
• 양자화 잡음 : 측정값과 양자화된 파형과의 오차
  • 양자화 레벨을 세밀하게 함으로써 줄일 수 있으나, 데이터 양이 많아져 효율이 감소한다.
• 양자화 스텝 (양자화 레벨) : PAM 신호를 부호화 할 때 2진수로 표현할 수 있는 레벨
  • 표본당 전송 비트 수 가 3Bit면, 2^3 = 8, 7Bit 이면 2^7 = 128개의 양자화 레벨을 가짐
• 구분

  • 진폭에 따라 구분하는 경우

    • 선형 양자화 (균등 양자화)
      • 양자화 계단 폭이 입력 신호 레벨과 관계없이 일정하게 하는 방식
      • 특정 진폭에 몰려있는 아날로그 신호 (사람 목소리) 인 경우 별로 좋지 않다.
    • 비선형 양자화 (비균일 양자화)
      • 입력 신호 레벨이 작을때는, 양자화 계단 간격을 좁게, 입력 신호 레벨이 클때는, 양자화 계단을 넓게 하는 방식

    

  • 시간에 따라 변화하는 경우

    • 적응형 양자화
      • 입력 신호 레벨에 따라 양자화 계단의 최대, 최소 값이 시간적으로 변화하는 방식
    • 고정형 양자화
      • 양자화 계단이 시간에 따라 변화하지 않고 고정된 방식

    

2.3 부호화

• 양자화된 PCM 펄스의 진폭 크기를 2진수로 바꾸어 부호비트를 포함한 8비트로 표현한다.

3. 참고자료

• https://linecard.tistory.com/59
• http://www.rfdh.com/bas_com/2-10.htm
• http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=4525