4. 멀티미디어 데이터: 사운드

주요용어

주기
한 사이클이 중앙선에서 시작해서 그 파형의 위쪽과 아래쪽을 지나 다시 중앙선에 도달하는 데 걸리는 시간
주파수
단위 시간당 사이클의 수
샘플링
아날로그 파형을 일정한 간격으로 잘게 쪼개어 각 지점의 값을 하나하나 차례대로 끄집어 내는 작업
나이퀴스트 정리
원래의 아날로그 신호를 재현하기 위해서는 아날로그 신호가 갖는 최고 주파수의 2배 이상을 샘플링해야 하는 샘플링이론
양자화
샘플링된 신호의 크기들을 이산적으로 근사화 시키는 과정
부호화
양자화된 아날로그 신호를 디지털 형태의 2진 정보로 표현하는 것
PCM
입력된 값을 그대로 저장하는 펄스 코드 변조 방식으로 소리를 디지털화하는 대표적인 방식
DPCM
PCM방식을 개선한 것으로서, 현재 샘플과 이전의 샘플 값과의 차이를 저장하는 방식
ADPCM
DPCM 방식의 문제점을 개선한 예측 부호화 방식으로, 양자화 단계의 폭을 신호의 진폭에 따라 적응적으로 변경한다.
미디
디지털 음악에 대한 국제 표준으로 제조업체가 다른 컴퓨터와 전자 악기를 연결하는 하드웨어의 케이블 및 장비 간의 통신 프로토콜

사운드와 오디오의 개념

사운드
- 음악, 목소리, 단순한 소리 등을 의미
- 물리적인 진동인 음파의 개념
오디오
- 라디오, 텔레비전, 전축 따위의 소리 부분
- 음악 등을 효과적인 소리로 듣기 위한 장치를 통칭

아날로그 사운드

실제 세상에서 듣는 소리
소리는 음색, 음의 크기, 음의 높이로 구성

아날로그 사운드의 세 가지 특징

음의 크기(진폭)
음의 높이(주파수)
음색(tone)

디지털 사운드

사운드가 디지털로 표현되고 저장된 것을 의미

디지털 사운드의 특징

아날로그 사운드는 모든 신호처리에 있어서 원형을 보존하지만,
디지털 사운드는 기본 형태를 완전 분해하여 전혀 새로운 형태로 보존하다가 그것을 다시 처음의 형태로 되돌린다.
따라서 원음의 손실을 가져오더라도 여러 가지 방법을 통해 손실이 보상되므로 문제가 되지 않는다.

사운드의 변환

아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 것
아날로그 신호
- 소리, 전류, 전압과 같이 선형적인 값을 갖는 연속된 형태의 신호
- 신호의 크기를 미세한 단위로 조정할 수 있는 장점이 있다.
- 그러나 잡음에 의해 신호가 변하는 단점이 있다.
디지털 신호
- 불연속적인 단계의 값을 갖는 신호
- 0과 1의 조합에 의해 경우를 표현
- 컴퓨터 등의 디지털 장비에서는 디지털 신호 외에는 처리 불가능
아날로그 -> 디지털
- ADC(Analog-to-Digital Converter)와 DAC(Digital-to-Analog Converter) 변환 장치를 이용해 아날로그 신호가 샘플링, 양자화, 부호화 과정을 통해 디지털 신호로 변화된다.
- 샘플링(sampling) : 표본화
- 파형을 일정한 간격으로 잘게 쪼개어 각 지점의 값을 하나하나 차례대로 끄집어 내는 작업
- 이때 하나하나의 값으로 표현된 값을 샘플(sample)이라고 한다.
- 샘플링 비율(sampling rate)
  - 1초 동안 취한 샘플의 수
  - 단위는 Hz, 샘플링 주파수라고도 한다.
  - 샘플링 비율이 클수록 고음질을 만들 수 있다. 즉 단위 시간당 더 많은 샘플을 저장하면 음질이 좋아진다.
    but, 데이터 양도 증가한다.
- 양자화
- 양자화(quantization)는 어떤 값을 취할 수 있는 유한의 이산적인 값으로 표현하는 조작을 말한다.
- 즉, 샘플링된 신호의 크기들을 이산적으로 근사화 시키는 과정
- 양자화 오차(quantiztaion error)
  - 연속적인 신호를 이산적인 신호로 근사화할 때 발생.
  - 원래 신호와 양자화 신호와의 오차를 말한다.
- 부호화
- 양자화된 아날로그 신호를 디지털 형태의 2진 정보로 표현하는 것
- 8비트 부호화
  - 샘플당 8비트 즉, 256단계로 양자화하는 것으로 샘플의 최고점과 최저점 사이를 256개의 간격으로 나눈다는 의미
- 품질과 경제성을 고려하여 샘플 비트 수를 결정한다
  - 일반적으로 8비트, 16비트 부호화
- 음성신호는 PCM(Pulse Code Modulation)방법으로 변환되기 때문에 샘플 비트 수를 PCM워드(word)라고도 한다.
디지털 -> 아날로그
- DAC(Digital-to-Analog Converter) 변환장치를 이용해 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.
디지털 사운드의 세 가지 특징(수치적 기준)
- 샘플링 크기
- 샘플링 비율
- 채널의 수

정리하기

사운드는 기본적으로 물리적인 진동 작용인 음파를 말하며 음악, 목소리, 단순한 소리 등을 말한다.
아날로그 사운드는 우리가 실제 세상에서 듣는 소리를 의미하며 음의 크기(진폭), 음의 높이(주파수), 음색(소리의 색깔)으로 구성되어 있다.
디지털 사운드는 사운드가 디지털로 표현되고 저장된 것을 의미하며 컴퓨터는 오직 디지털 신호만을 처리할 수 있기 때문에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 작업이 필요하다.
사운드의 변환이란 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 것으로 샘플링, 양자화, 부호화 과정을 거치게 된다.
샘플링은 파형을 일정한 간격으로 잘게 쪼개어 각 지점의 값을 하나하나 차례대로 끄집어내는 작업이다.
양자화는 어떤 값을 취할 수 있는 유한의 이산적인 값으로 표현하는 조작을 말한다.
부호화는 양자화된 아날로그 신호들을 디지털 형태의 2진 정보로 표현하는 것이다.
디지털 사운드의 3가지 특징은 샘플링의 크기, 샘플링 비율, 채널의 수로 구별된다.
사운드의 변환방법으로는 PCM(Pulse Code Modulation) , DPCM(Differential PCM), APCM(Adaptive DPCM)이 있다.
대표적인 디지털 오디오 파일 형식에는 WAV(Waveform Audion Format), AU(Audio), AIFF(Audio Interchange), RealAudio, ASF(Advanced Streaming Format) 등이 있다.
MIDI(Musical Instrument Digital Interface)는 디지털 음악에 대한 국제 표준으로, 제조업체가 다른 컴퓨터와 전자 악기를 연결하는 하드웨어와 케이블 및 장비 간의 통신 프로토콜에 관한 사양을 통신규약으로 정한 것이다.