컴퓨터 정보 표현방식 / 아날로그 정보를 디지털로 바꾸기 (사진, 음향, 영화, 텍스트)

007, 연속과 불연속

컴퓨터 정보를 표현하는 방식

첫째, 컴퓨터는 디지털 처리 장치다.

즉. 컴퓨터는 불연속적인 덩어리로 입력받고, 불연속적인 값을 갖는 정보를 저장하고 처리한다.

      

둘째, 컴퓨터는 정보를 비트로 표현한다.

비트는 이진 숫자로, 0 또는 1인 수이다. 컴퓨터의 모든것은 사람들에게 익숙한 십진수가 아닌 비트로 표현된다.

 

셋째, 비트는 모여서 더 큰 정보를 표현한다.

숫자, 문자, 소리, 사진, 영화 등의 프로그램을 구성하는 명령어는 모두 비트가 모여 표현된다.

 

아날로그 ( Analog : 유사하다 )

아날로그 / 디지털

 

  다른 어떤것이 변함에 따라 연속적으로 변하는 값이라는 개념을 전달하는 단어이다.

자동차핸들과 시계를 예로 들 수 있다. 운전을 할 때 방향을 살짝 바꾸고 싶다면 핸들을 조금 돌리면 된다.

시계의 시침과 분침은 시간이 흐름에 따라 연속적으로 움직이면서 가능한 모든 위치를 거쳐간다.

즉. 원하는 만큼 조금씩 조정할 수 있다. 어떤 것이 부드럽게 이어지면서 변한다.

 

  그럼 왜? 아날로그 대신 디지털 방식을 사용할까? 왜냐하면 컴퓨터 입장에서는 디지털 데이터가 다루기 쉽기 때문이다.

디지털 정보는 불필요하거나 중요하지 않은 정보를 버리는 방식으로 압출될 수 있어 네트워크를 통해 전송할 때 효과적이다. 또한 보안과 개인정보보호를 위해 암호화되고, 다른 데이터와 병합되고, 그대로 복사되고, 인터넷을 통해 어디로든 이동하고, 한없이 다양한 장치에 저장될 수 있다. 추가로 훨씬 쉽게 확장할 수 있다는 것이다.

디지털 시계는 스톱워치 모드에서 경과된 시간을 100분의 1초 단위까지 표시할 수 있다.

 

  아날로그 시스템도 장점은 있다. 점토판, 석각, 양피지, 종이, 사진 필름 같은 기존 매체는 디지털 형태가 아마도 버티기 어려운 방식으로 세월의 시험을 견뎌 왔다.

 

008, 아날로그 정보를 디지털로 바꾸기

아날로그 정보를 디지털 형태로 변환하려면 어떻게 해야 할까? 몇 가지 기본적인 예를 살펴보자.

먼저 사진과 음악을 다루겠다. 이 부분에서 가장 중요한 개념이 나온다.

 

이미지 디지털화하기

  아날로그 카메라는 화학 물질을 입힌 플라스틱 필름에 있는 감광(感光) 영역을 피사체에서 오는 빛에 노출하여 영상을 만들어낸다.

영역마다 서로 다른 색의 빛을 각기 다른 양으로 받아들이고, 받아들인 빛은 필름 내 연료에 영향을 미친다.

 

RGB 는 빛의 양을 측정하는 세 개의 검출 소자로 각 요소는 화소라는 뜻에서 픽셀(pixel)이라고 한다

  디지털 카메라에서는 렌즈가 적색, 녹색, 청색 (RGB) 필터 뒤에 놓인 미세한 광검출 소자의 직사각형 배열에 영상의 초점을 맞춘다.각 검출 소자는 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하는 양으로 전하를 저장한다. 저장된 전하는 수치로 변환된다.사진의 디지털 표현은

이렇게 계산되어 빛의 강도를 나타내는 수를 배열한 것이다.

검출 소자가 더 많고 전하가 더 정밀하게 측정될수록 디지털화된 영상은 피사체 원형을 더 정확하게 담아낸다.

 

음향을 디지털화하기

  디지털 음악이 여러모로 좋은 예인데, 바이닐 레코드나 카세트테이프와 달리 디지털 음악은 무료로 원하는 횟수만큼 집에 있는 컴퓨터로도 완벽하게 복제할 수 있다. 또한 인터넷을 통해 무료로 오류 없이 어디로든 사본을 전송할 수 있다.

이후 음반 업계에서는 이를 심각한 위협으로 여기고, 불법복제, 정치적 조치, 저작권을 위한 활동을 펼치고 있으며 이 전쟁은 현재 진행중이다. 하지만 스포티파이(Spotify) 같은 음악 스트리밍 서비스가 등장하면서 문제가 줄어들었다.

 

  소리란 무엇일까? 소리의 근원인 음원에서 발생한 진동이 공기에 압력 변화를 일으켜 파동의 형태로 전파되어 고막을 진동시키면 신경 활동으로 변환되는데, 뇌에서 이것을 소리로 받아 들인다. ex) 1870년대 '축음기' - 토머스 에디슨

 

 

소리의 파형과 샘플링

  사진과 같이 시간에 따라 진폭(기압)이 어떻게 변하는지를 그래프로 그려보면 소리를 쉽게 시각화할 수 있다.

y축은 음의 강도나 세기를 나타내고, x축은 시간이다. 초당 지나가는 파동의 개수가 음의 높이 또는 주파수가 된다.

 

  샘플링같이 측정값은 모아 두면 곡선의 값에 가까운 일련의 수치가 된다. 이렇게 얻은 일련의 수가 파형의 디지털표현(digital representation)이며, 이는 저장되고, 복사되고, 조작되고, 다른 곳으로 전송될 수 있다. 일련의 수를 해당 수치에 맞는 전압과 전류 패턴으로 변환하고, 스피커나 이어폰을 구동하고, 다시 소리로 표현하는 장치로 음악을 재생할 수 있다. 파형에서 수로 변환하는 과정이 아날로그 => 디지털 변환 과정이며, 변환을 수행하는 장치를 A/D변환기라고 한다.

변환은 결코 완벽하지 않고 각 방향으로 변환될 때 일부 정보를 잃게 된다.

음악가들이 음원이 LP만큼 훌륭하지 않다고 주장하는 이유이다.

 = 하지만 MP3(MPEG Audio Layer 3), AAC (Advanced Audio Coding)같은 압축기술을 사용하면 음질 저하를 거의 발생시키지 않으면서 원본의 10분의 1정도로 용량을 줄인다.

 

영화 디지털화하기

  영화는 어떨까? 1870년대에 영국인 사진가 에드워드 마이브리지(Eadweard Muybridge)는 일련의 정지 영상을 차례대로 빠르게 연속해서 보여 줌으로써, 사물이 움직이는 것처럼 보이는 착시 현상을 만드는 방법을 시연했다. 오늘날 영화는 초당 24프레임의 비율, TV는 초당 25프레임 또는 30프레임의 비율로 이미지를 보여 주며, 이는 인간의 눈이 일련의 장면을 연속적인 움직임으로 인지할 정도로 충분히 빠른 속도다.

  옛날 영화는 초당 12프레임만 사용하여 눈에 띌 정도의 깜박거림(flicker)이 있었다.

영화를 뜻하는 오래된 단어인 'flicks'와 오늘날 넷플릭스(Netflix)라는 이름에 그 흔적이 남아 있다.

동영상은 MPEG(Moving Picture Experts Group)같은 압축 기술을 사용하면, 용량을 줄일 수 있다.

미국 TV방송은 2009년대 디지털 전환, 우리나라는 2012년을 마무리하며 종료 되었다.

 

텍스트 디지털화하기

 

  텍스트의 경우 미국에서 표준화한 표현법인 아스키코드(ASCII, Ammerican Standard Code for Information Interchange)방식을 사용한다.

이재욱님이 만든 다른 ASCII Table - 아스키코드표 이미지입니다.

  다양한 지역 또는 언어권마다 많은 문자 집합 표준이 있지만, 전 세계적으로는 유니코드(Unicode)라는 단일 표준으로 사용하며 모든 언어에 있는 모든 문자에 고유한 숫자 값을 지정한다. 그렇게 14만개가 넘는 문자가 있고 꾸준히 늘고 있다. 궁금하시면 유니코드 웹사이트(unicode.org)에 들어가 확인해보시길 바란다.

 

 

  결론적으로 디지털 표현은 이 모든 종류의 정보와 더불어 숫자 값으로 변환될 수 있는 어떤 것이든
나타낼 수 있다. 또한 숫자에 불과하므로 디지털 컴퓨터로 처리될 수 있다.
게다가 보편화된 디지털 네트워크인 인터넷을 통해 다른 어떤 컴퓨터로도 복사될 수 있다.