1. 신호(signal)란?
신호(signal)는 어떠한 매체를 통해 정보를 전달하기 위한 물리적인 파형, 즉 '정보'가 들어있는 파형을 의미한다. 따라서 만약 물리적 파형에 정보가 들어있지 않다면 그것은 '잡음' 또는 '소음'으로 분류된다. 신호의 예로는 생체 신호인 심전도(ECG)와 뇌파(EEG), 음성신호, 영상신호, 오디오 신호, 비디오 신호 등이 있다.
2. 신호의 분류
신호는 그 형태에 따라 3가지로 분류할 수 있다.
1) 연속 신호(continuous-time signal)
- 아날로그 신호와 동일한 개념
- 시간에 따라 연속적으로 값이 변화는 형태의 신호
(파형의 모양이 시간에 따라 연속적으로 변한다)
- 신호의 파형 모양 자체가 정보를 나타낸다.
-x(t)로 표현하며 괄호 안에는' 무엇에 따라 변화하는지'를 적어주면 된다
따라서 x(t)라는 것은 '시간'에 따라서 변화하고 있다는 의미이다
2) 이산 신호(discrete-time signal)
- 일정한 시간 간격마다 값을 가지는 형태의 신호
(ex. 매일 12시마다 측정된 값)
- x [t] : 대괄호의 형태로 표현된 신호는 이산 신호라는 의미이며
마찬가지로 대괄호 안에는 '무엇에 따라 변화하는지'를 적어주면 된다.
3) 디지털 신호(digital signal)
- 0과 1의 형태로 구성된 신호
- 즉, 정보가 0 또는 1의 형태로 변환되어 나타난다.
3. 시스템(system)이란?
시스템은 신호를 처리하는 장치로, 하드웨어와 소프트웨어를 의미한다.
| 아날로그 시스템 | 디지털 시스템 | |
| 입력 & 출력 | 아날로그 신호 | 디지털 신호 (또는 아닐로그 신호를 변환) |
| 시스템 구성 | 아날로그 회로 | 디지털 회로, 소프트웨어 |
| 회로의 주요 부품 | 트랜지스터, Op-amp | 마이크로프로세서, ROM, RAM |
| 예 | 레코드, 카세트 테이프 | Mp3, CD, 컴퓨터 |
4. 신호 처리(Signal processing)
신호 처리(signal processing)는 잡음을 제거, 정보를 추출, 저장, 전송 등 신호를 가공하여 의미 있는 신호만을 추출하거나 정보를 캐내는 것을 의미한다. 그중 디지털 신호 처리(DSP:Digital Signal Processing)는 컴퓨터 또는 전용 디지털 하드웨어를 사용해서 디지털 방식으로 신호를 처리하는 기술이다. 그럼 왜 아날로그 방식의 처리보다 디지털 형태로 처리하는 게 좋을까?
1) 잡음에 강하다
디지털 방식으로 신호를 처리하면 온도나 외부 잡음에 상대적으로 강하다는 장점이 있다. 왜냐면 디지털 신호는 0과 1로만 구성되어 있기 때문에 어느 정도 잡음이 있어도 결과는 0 또는 1로 구성되기 때문이다.
2) 복잡하고 다양한 기능을 만들 수 있다.
디지털로 처리하는 경우, 하드웨어는 그대로 놔두고 소프트웨어만 변경하여 시스템의 기능을 자유롭게 변경할 수 있다.
3) 고정밀도의 처리가 가능하다
4) 사용의 편의성이 있다.
5. DSP시스템의 일반적인 구조
A : 아날로그
D : 디지털
A/D 변환기 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해 주는 장치
D/A 변환기 : 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해주는 장치
6. DSP 알고리즘
1) 필터링(잡음 제거, 신호 추출)
2) 신호 분석(스펙트럼 분석 등)
3) 신호 합성(음원 합성 등)
4) 신호 변환
7. 신호의 종류
1) 임펄스 신호(impulse signal)
- 시간이 0일 때만 값을 갖는다.
- 기호로는 델타를 사용한다.
2) 계단 신호(step signal)
- 시간이 0보다 크면 1, 0보다 작으면 0
3) 지수 신호(exponential signal)
A :값이 클수록 신호의 크기가 커진다.
a : 양수이면 증가 신호, 음수면 감소신호
값이 클수록 기울기가 급격해진다.
4) 정현파 신호
- sin 또는 cos 신호를 의미한다.
| A | 진폭(amplitude) |
| ∅ | 위상(phase) |
| ω0 = 2πlF_0 | 각주파수(radian frequency) |
| f_0= 1/T_0 | 주파수(frequency) |
| T_0= 2π/ω0 | 주기(period) |
