아날로그 신호와 디지털 신호의 장단점, 차이점 (디지털 신호처리의 응용분야)

이런 말이 있다.

신은 곡선을 만들었고 인간은 직선을 만들었다.

 

조금 바꿔 말하면 신은 아날로그를 만들었고 인간은 디지털을 만들었다.

먼저, 신호처리가 뭔지 간단히 정의하면, 다양한 신호를 분석, 합성, 변조하는 것이다. 이 처리의 방법은 아날로그와 디지털을 이용한 방법이 존재한다.

 

 

먼저, 디지털 신호처리의 등장의 이유부터 알아보자!

기본적으로 우리의 세계(자연)는 아날로그 신호로 존재하는데 이 아날로그 신호는 외부 노이즈, 처리 속도, 대역폭 제한, 보관 등 여러 가지 문제가 있다. 따라서 이런 문제를 해결하고 더 나은 품질을 위해 디지털 신호처리가 등장한다. 현대에 들어선 수많은 디지털 신호가 존재하는데 신호는 곧 정보라고 할 수 있다. 수많은 정보 중에서 내가 필요로 하는 정보를 얻기 위해 우리는 유용한 정보를 추출, 강화, 저장, 전달하기 위해 디지털 신호처리가 필요하다. 디지털이 상용화되기 전까지는 아날로그 신호를 그대로 처리하는 아날로그 신호처리 시스템이 대부분을 차지하였다

 

그러나 주위 온도에 대한 불안정성, 위에선 언급한 문제 등의 문제로 온전한 신호처리를 할 수가 없었다. 이에 반하여 DSP는 고정도화 다중화 처리 적응 처리 비선형 처리가 가능하다. 그리고 처리 내용이 소프트웨어로 기술되기 때문에 간단히 변경할 수도 있고 같은 회로를 여러 개 만들 때 동일한 특성을 가진 제품을 만들 수 있다.

 

디지털 신호처리의 장단점을 알아보자!

디지털 신호처리의 장점은 특정 데이터 삭제나 추가 같은 신호조작이 가능하다. 그리고 단점인 동시에 장점은 아날로그의 무한한 신호에서 내가 원하는 유한개의 샘플을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이에 연장선으로 신호가 유한하기 때문에 전송속도가 아날로그에 비해 매우 빠르다. 또, 데이터의 압축뿐만 아니라 전송에서의 오류 검출 정정이 가능하다. 그래서 샘플을 하나하나 조작이 가능하여 세부조작이 가능하다. 신호의 왜곡, 손실을 방지할 수 있다. 또한 처리된 정보를 수식화 하고 전산 처리하여 프로그램이 가능하다.

 

추가로 아날로그에 비해 비교적 온도에 영향을 덜 받아서 안정성이 향상되며, 가격 또한 메모리, 게이트, 마이크로프로세서 등의 가격을 낮춘 VLSI 기술로 아날로그에 비해 매우 저렴하다. 아날로그는 여러 번의 복제를 거치면 기존의 신호가 상해 복원하기 힘든 반면에 디지털 신호처리는 거의 완벽한 복제가 가능하며 손실이 거의 없다. 그리고 무엇보다 디지털 신호는 기록매체만 안전하다면 영원히 훼손되지 않고 보관할 수 있다는 입장에서 아날로그에 비해 더 안전하다. 암호화된 형식으로 전송되며 암호 해독용 코드가 있어야 한다.

 

디지털 신호처리의 단점은 기존 정보를 완벽하게 구현하기 어렵다는 것이다. 샘플링을 하여 구현함으로 어쩔 수 없는 부분이다. 그렇다고 무한하게 샘플링을 한다 해도 해결되진 않는다. 또, 초고주파 영역에서 동작 속도가 느리다는 점이다. 그리고 규격이 존재하기 때문에 이외의 규격이 들어오면 미세한 신호를 잡지 못한다. 또한 0,1 즉 이진법으로 표기하기 때문에 0.5. 와 같은 숫자는 표현하지 못한다. 그래서 데이터 자체의 정밀도를 잃어버릴 수 있다. 추가로 회로의 구조가 복잡 해진다. 그래서 높은 비용이 들기도 하며 신호의 동기에 신경을 써야 한다는 단점이 있다.

 

 

아날로그의 대표주자 LP판

 

아날로그 신호처리의 장단점을 알아보자!

아날로그 신호처리의 장점은 단순한 회로에서는 디지털처럼 복잡하게 하지 않고 비교적 낮은 비용으로 단순하게 처리 가능하며 쉽고 직관적으로 볼 수 있다. 디지털 신호처리에 비해 표현의 범위가 넓어서 품질이 매우 우수하다.

디지털은 정해진 규격의 신호만을 잡아낼 수 있어서 규격을 초과하는 대역폭이나 진폭을 가진 신호가 들어오면 처리할 수 없는데 아날로그는 규격을 조금은 초과하더라도 어느 정도 작동한다. 보존성 또한 우위에 있다. 어느 정도 손상을 입어도 재생이 가능하지만 디지털은 정보가 압축되어 있다면 불가하다.

 

아날로그 신호처리의 단점은 신호를 처리할 때 융통성이 부족하고 시스템 설계가 복잡하다. 또한 가격이 디지털에 비해 매우 비싸다. 또한 잡음의 제거가 불가능하고 예를 들어 LP 판처럼 계속 듣다 보면 신호가 왜곡된다. 즉, 부품의 노후화에 따라 손실이 높다. 그리고 아날로그 신호는 시시각각 바뀌기 때문에 그 신호의 특성과 처리 방법에 적합한 회로를 매번 새로 만들어야 한다. 신뢰성이 낮은데 이 말은 신호가 왜곡돼 잘못된 신호가 들어올 수도 있다는 말이다. 또, 잡음 및 전자파 등의 미세한 입력 변화에도 민감하게 반응한다

 

디지털 신호처리의 응용 분야를 알아보자!

디지털 신호처리의 응용 분야로는 스펙트럼 해석이나 시스템 모델링 신호처리의 중심적인 분야를 형성하고 있다. 그리고 신호처리의 고도화를 목적으로 고속 연산 알고리즘, 직교 변환 등의 연구가 활발히 행해지고 있다. 또한 디지털 신호처리는 마이크로프로세서, 전용 LSI 등과 같은 디바이스 기술의 현저한 발전에 힘입어 생체신호 분석, 음성의 합성과 인식, 지진과 해석, 레이더 처리, 음파 탐지기, 인터넷 접속 모뎀, pc 하드디스크 드라이버의 모니터 제어, 음성 우편, 팩스, 군용 무전 장비, 광역 수신기, 천문학 해석, X선 단층 촬영, 음성 및 영상처리를 비롯하여 정보통신, 제어계측, 의용공학, 자원탐사 등 광범위한 분야에서 다방면으로 이용되고 있다.