부호화
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1. 개요
부호화는 컴퓨터 파일, 통신, 전자공학 등 다양한 분야에서 사용되는 데이터 처리 기술이다. 컴퓨터에서는 오디오, 텍스트, 동영상 파일의 표준화, 압축, 보안, 형식 변환 등에 활용되며, 전자공학에서는 음성 신호 처리, 아날로그 신호의 디지털화, 디지털 회로 설계 등에 사용된다. 부호기는 여러 입력 중 하나를 선택하여 이진 코드로 변환하는 디지털 회로이며, 복호기는 부호기의 반대 동작을 수행하여 이진 코드를 입력받아 해당하는 하나의 출력 신호를 활성화한다.
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- 디지털 회로 - 클럭 신호
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| 부호화 |
|---|
2. 적용 사례
인코더는 컴퓨터, 전자공학 등 다양한 분야에서 활용되며, 그 목적에 따라 처리 방식과 결과가 달라진다. 컴퓨터 분야에서는 파일 압축, 데이터 보안, 파일 형식 변환 등에 사용되며, 전자공학에서는 음성 신호 처리, 디지털 신호 변환, 엘리베이터 제어, 통신 등에 활용된다.[1]
2. 1. 컴퓨터
컴퓨터 분야에서 '''부호화'''는 파일의 크기를 줄이거나, 보안을 강화하거나, 표준화된 형식으로 변환하는 것을 의미한다.| 목적 | 원본 | 처리 방식 | 부호화 | 복호화(디코더) |
|---|---|---|---|---|
| 동영상 파일 압축 | 압축되지 않은 파일 | 변환 알고리즘 (표준화) | 압축 알고리즘으로 변환 | 코덱으로 압축 품 |
| 통신 보안 | 암호화되지 않은 신호 | 암호화 | 비화기로 암호화 | 암호 해제로 원래 신호로 변환 |
| 아파트 층의 디지털화 | 아파트 층 | 숫자화 | 각 층을 십진수화 | 해당 층을 지목 |
2. 1. 1. 파일 압축
코덱은 오디오 파일이나 동영상 파일의 크기를 줄여 저장 공간을 절약하고, 전송 속도를 높이기 위해 사용된다.[1]| 목적 | 원본 | 처리 방식 | 부호화 | 복호화(디코더) |
|---|---|---|---|---|
| 동영상 파일 압축 | 압축되지 않은 파일 | 변환 알고리즘 (표준화) | 압축 알고리즘으로 변환 | 코덱으로 압축 품 |
2. 1. 2. 데이터 보안
무선 인터넷 등에서 사용하는 데이터의 보안을 위해 암호화가 사용된다.[1]| 목적 | 원본 | 처리 방식 | 부호화 | 복호화 |
|---|---|---|---|---|
| 통신 보안 | 암호화되지 않은 신호 | 암호화 | 비화기로 암호화 | 암호 해제로 원래 신호로 변환 |
2. 1. 3. 파일 형식 변환
코덱은 오디오 파일이나 동영상 파일의 크기를 줄이거나, 컴퓨터에서 더 빨리 자료를 처리하기 위해 사용된다.[1] 오디오 인코딩은 주로 오디오를 다른 표준화된 형식으로 변환하거나, 위에서 말한 비슷한 이유로 사용된다.[1] 동영상 인코딩도 위와 같은 이유로 사용된다.[1] 혹은 PPT에서 mp4 파일을 재생하기 위하여 다른 파일로 변환할 때 필요하다.[1]2. 2. 전자공학
전자공학에서 부호화(인코더)는 물리적 신호를 전기적 신호로, 또는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 등 여러 신호 처리에 쓰인다.[1] 예를 들어 마이크는 소리를 전기 신호로, 스피커는 전기 신호를 소리로 바꾼다. 또, 아날로그 신호는 디지털 회로에서 양자화되어 디지털(2진) 신호로 변환된다.2. 2. 1. 음성 신호 처리
마이크는 물리적 음성 신호를 전기적 신호로 변환하며, 스피커는 전기적 신호를 다시 물리적 음성 신호로 변환한다.[1]2. 2. 2. 디지털화
아날로그 신호를 디지털 회로를 통해 양자화(ADC)하여 이진화하고, 이를 다시 DAC로 아날로그 신호로 변환한다.[1]2. 2. 3. 기타
엘리베이터 스위치, 통신 라인 코딩 등 다양한 디지털 회로에서 부호화가 사용된다.[1]전자공학에서 부호화의 사례는 다음과 같다.
| 목적 | 원본 | 처리 방식 | 부호화 | 복호화 |
|---|---|---|---|---|
| 음성 신호 처리 | 물리적 음성 신호 | 전자화 | 마이크로 전기 신호로 변환 | 스피커로 물리적 신호로 변환 |
| 디지털화 | 아날로그 신호 | 디지털 회로 | 양자화(ADC)로 이진화 | DAC로 아날로그로 변환 |
| 엘리베이터의 스위치를 누르면 LED 표시 | 층별 스위치 | 디지털 회로 | 2진화 | 2진수를 해당 LED로 불 켜기 |
| 통신 라인의 특성에 맞춤 | 직렬 데이터 | AC 성분 추가 | 라인 코딩 (NRZ, Manchester 등) | 원래 직렬 데이터로 변환 |
디지털 회로는 정보를 이진 코드(0과 1)로 처리하는 회로이다. 부호기(인코더)와 복호기(디코더)는 이러한 디지털 회로의 핵심 구성 요소이다.
3. 디지털 회로
3. 1. 부호기 (인코더, encoder)
부호기(인코더, encoder)는 여러 개의 입력 중 하나를 선택하여 이진 코드로 변환하는 디지털 회로이다.
4x2 우선순위 부호기는 입력 I0~I3에 대해 출력 O1, O0로 이진화된다. V는 현재 입력이 하나라도 있는가를 나타낸다.
| I3 | I2 | I1 | I0 | O1 | O0 | V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | x | x | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | x | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | x | x | 1 | 0 | 1 |
| 1 | x | x | x | 1 | 1 | 1 |
3. 1. 1. 2n-to-n 인코더
2n-to-n 인코더는 2n개의 입력에 대해 n개의 출력을 갖는다. 따라서 전송 라인 수를 줄이며, 멀티플렉서와 비교할 수 있다. 한 번에 하나의 입력만 "높음"(논리 상태 "1")이 된다.[1]예를 들어, 4-to-2 간단한 인코더는 4개의 입력 비트를 받아 2개의 출력 비트를 생성한다.
3. 1. 2. 우선순위 부호기 (Priority encoder)
'''4x2 우선순위 부호기'''(Priority encoder)는 여러 입력이 동시에 활성화될 경우, 미리 정의된 우선순위에 따라 입력을 처리하는 부호기이다. 4x2 우선순위 부호기의 경우, 입력 I3, I2, I1, I0 순으로 우선순위가 높다.
| I3 | I2 | I1 | I0 | O1 | O0 | V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | x | x | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | x | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | x | x | 1 | 0 | 1 |
| 1 | x | x | x | 1 | 1 | 1 |
입력 I0~I3에 대해 출력 O1, O0로 이진화된다. V는 현재 입력이 하나라도 있는가를 나타낸다.
간단히 하면:
:
:
3. 2. 복호기 (디코더, decoder)
복호기는 부호기의 반대 동작을 수행하며, 이진 코드를 입력받아 해당하는 하나의 출력 신호를 활성화하는 회로이다.[1]
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