1.1 PCM

 

<문 1> PCM(Pulse Code Modulation)의 개념과 원리 및 응용 기술 설명

1. PCM 개요
아날로그 신호를 디지털로 변환하여 전송하는 대표적인 방식으로, 표본화(Sampling), 양자화(Quantization), 부호화(Encoding)의 3단계를 거쳐 디지털 신호를 생성.
높은 잡음 저항성과 디지털 처리 용이성을 기반으로 음성, 영상, 데이터 통신의 기본 전송 기법으로 널리 활용됨.

 

2. 구성도

PCM 송수신 처리 흐름 예시

[Analog Input]
   ↓
① 표본화기 (fs ≥ 2fm)
   ↓
② 양자화기 (Δ = V / 2ⁿ)
   ↓
③ 부호화기 (n-bit binary code)
   ↓
④ 디지털 전송
   ↓
⑤ 복호화기
   ↓
⑥ 보간기 (Zero-Order Hold)
   ↓
[Analog Output]

• 표본화: 시간축 상에서 연속 신호를 일정 주기 Ts = 1/fs 간격으로 샘플링
• 양자화: 아날로그 진폭을 이산 단계로 근사. 양자화 잡음 발생 (RMS = Δ² / 12)
• 부호화: 양자화된 값을 n비트 이진수로 변환 → 디지털 전송

3. 기능 및 특성

요소	설명
표본화 주파수	fs ≥ 2fm (나이퀴스트 이론)
양자화 잡음	Δ 간격 설정에 따라 SNR 결정
SNR 성능	SNR = 6.02n + 1.76 dB
비트율	R = fs × n (예: 8kHz × 8bit = 64kbps)
실무 응용	G.711, WAV, 디지털 전화망 등

예시: G.711 코덱은 전화망(PSTN)에서 8kHz/8bit → 64kbps 방식으로 사용
디지털 음향 포맷(WAV, FLAC 등)에서도 PCM 방식 기반 고음질 처리 수행

 

4. PCM과 아날로그 변조(AM) 비교

구분	PCM	AM
신호 형태	디지털	아날로그
잡음 내성	강함 (복원 및 정정 가능)	약함 (왜곡 누적)
대역폭	넓음 (fs, n에 따라 증가)	좁음 (대역폭 효율 우수)
복잡도	높음 (ADC, DSP 필요)	낮음 (아날로그 회로 구성)
적용	VoIP, 녹음, 디지털 오디오	AM 라디오, 방송 중계

 

5. 기술 동향

AI 기반 음성 코덱(Opus, EVS 등)은 PCM 신호를 입력으로 하여 고압축 전송 수행.
5G VoNR, 고해상도 오디오, 스트리밍 등에서 고정밀 PCM과 적응형 압신기 기술이 결합되어 발전 중.

<끝.>

 

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