채널부호화

1. 개요

2. 부호화의 종류

 2.1 소스코딩

 2.2 암호코딩

 2.3 채널코딩

    2.3.1 FEC(Forward Error Correction)

          가. 블록부호화

          나. 비블록부호화

    2.3.2 ARQ(Automatic Request for Repeat)

          가. 정지-대기 ARQ

          나. 연속적 ARQ

          다. Adaptive ARQ

          라. Hybrid ARQ ------->  단일 topic으로 조사할 것

3. 상호비교

1. 개 요

 - 음성, 영상등의 정보를 신호처리 및 보안상의 이유로 변환하는 기술을 총칭

 - 전송효율을 향상시키기 위해 정보원(Information source)을 디지털 신호로 변환시키는 과정이 소스코딩임

 - 디지털 정보원의 전송은 채널의 다양한 특성에 의해서 오류가 발생할 수 있는데 이러한 문제를 해결하기 위해서 채널코딩이 요구됨

 - 암호코딩은 다수의 사용자가 사용하는 통신에서 개인의 프라이버시와 기밀스런 정보 보호를 위해서 요구됨

 - 디지털 통신의 개요

   Source coding → Encrypt → Channel coding → Modulation 

2. 부호화의 종류

 2.1 소스코딩

    - 정보원(Information Source)을 디지털 형식으로 변환, 압축하는 과정

    - 소스코딩의 목적

      가. 디지털화 및 압축: 아날로그 신호원으로부터 A/D 변환(표본화, 양자화)을 수행하고(Digitising) 잉여정보를 제거(Compression)

      나. 평균코드길이의 최소화를 지향: 가장 적은 수의 비트로 원래의 정보를 표현할 수 있는 방법을 모색, 평균코드길이가 짧을수록 효율적임

    - 소스코딩의 분류

      가. 코드길이가 일정한가에 따라

          - 고정 길이 부호화(Fixed Length Coding)

          - 가변 길이 부호화(Variable Length Coding)

       나. 원천 정보 형태에 따라

          - 영상부호화: JPEG, MPEG

          - 음성부호화: 파원부호화(보코딩), 파형부호화(PCM,DM)

       다. 원 데이터 손실여부에 따라

          - 무손실(Lossless) 압축 부호화: Huffman coding, Arithmetic coding, Run-length coding 등 

          - 손실(Lossy) 부호화: DCT(Discrete Cosine Transform), Quantisation, PCM 등

 2.2 암호코딩

     - 통신에서 사용자마다 유일한 번호를 부여하므로 다른 사용자는 이 번호를 알 수 없이 통신 보안성을 확보함

     - 의사잡음 부호(PN code)

 

  2.3 채널코딩(Channel coding)

     - 디지털 전송 신호에 어떤 부수적인 잉여 비트를 삽입하여 전송 시 채널에 가해지는 각종 잡음으로 인한 에러를 검출, 정정하는 기능을 가짐

     2.3.1 FEC(Forward Error Correction, 전방에러정정)

       - 무선통신 에러정정

       - 오류정정을 위한 여분의 비트를 추가하여 전송하므로 수신쪽에서는 이를 이용하여 오류를 검출하여 정정하는 방식

       - 장점: 역채널이 필요없고 연속적인 데이터 전송 가능

       - 단점: 코딩방식 복잡, 추가 bit 사용으로 인해 코딩 효율 저하 

        가. 블록 부호화(Block coding)

            - 에러 정정이 해당 블럭에만 국한되는 방식(정보 비트+패리트 비트)

            a. 선형 code: Hamming code

            b. 순회 code: BCH(ex>Reed-solomon coding),  CRC(Cyclic Redundancy Check)

        나. 비블록부호화(Non-Block coding, Convolution Coding, 길쌈부호화)

            - 1개의 정보비트를 V개의 확장 비트로 변환하여 전송하는 방식임

            - 정보 비트가 sequence내에서 일정한 룰에 따라서 분산되어 부호화 됨

            - 부호기에 기억장치가 있어야 하고 선형 블록부호보다 복잡한 구조를 가지고 있으나 에러 정정능력 우수  

            - 현재의 입력이 과거의 입력에 대하여 영향을 받아 부호화되는 방법임

            - Viterbi-Alogorithm, Trellis encoder

            - 이동통신분야에서 Convolution code(CDMA) → Turbo code(3G) → LDPC(Low Density Parity Check)(4G)로 진화

※Concatenation codes

  - 2개의 부호기를 함께 사용, 연집 오류와 랜덤 오류에 강력한 정정능력을 갖도록 한 부호방식

  - Inner code: Convolution code, Outer code: Reed-solomon

     2.3.2 ARQ(Automatic Repeat Request)

 

       - 데이터통신 에러정정

       - 검출 후의 재전송 요청

        가. 정지-대기 ARQ: 수신 완료 메세지 받은 후 송신

        나. 연속적 ARQ

           a, Go ＆ Back ARQ: 에러 발생한 블록부터 재전송

           b. Selective ARQ: 에러가 발생한 프레임만 전송, 효율은 좋으나 구조 복잡

        다. Adaptive ARQ

          - BER↑, 블록의 길이↓

          - BER↓, 블록의 길이↑ 즉, 에러 발생 확률에 따라 프레임 길이 조절

          - 전송 효율은 좋으나 제어회로가 복잡하고 채널 대기시간 발생

        라. Hybrid ARQ

          - ARQ 방식과 FEC방식의 단점을 보완한 에러정정 방식(4G)

          - Hybrid ARQ 프로토콜은 FEC 방식으로 어느 정도 오류 정정을 한 후 다시 오류를 검출하여 있을 경우, 새 전송을 요구하는 방식

          - 전송 Error가 적으면 FEC 방식 적용

3. 상호 비교

구분	소스 코딩	채널 코딩	암호 코딩
정의	효율적인 정보 압축	에러 검출 및 정정	개인의 Privacy를 보호하거나 사용자마다 유일한 번호를 부여
목적	전송효율의 향상	전송오류의 검출 및 정정	통신보안성 확보
종류	DM, DPCM, ADM, ADPCM	Hamming code, Convolution code Turbo code	의사잡음 부호

    [참고]

 

    1. 음성 부호화

      - 주로 음성통신을 위해 음성정보를 가능한 낮은 속도로 전송할 수 있게하거나, 적은 정보량으로도 저장이 가능토록 하는 기법 

    2. 음성신호 압축 모델에 따른 분류

        2.1 파형부호화(Waveform coding)

            - 음성신호의 모양 즉 파형을 기반으로 하는 압축방식                  

            - PCM, DPCM, DM, ADPCM 등

        2.2 파원부호화(Vocoding)

            - 음성신호 발성모델을 이용하여 특정 파라미터 만을 전송함으로써 수신부에서 얼마나 비슷한 소리가 복원되는가에 관심을 갖고 개발된 코딩 방식 

            -  LPC, AMR 등

        2.3 혼합부호화

            - 위 두방식의 장점을 결합

            - CELP, SBC(Spectral Band Coding) 등    

 

    3. 음성신호 A/D 변환

구분	대역폭	Sampling Frequency	Bits/sample	비트율(kbps)	비고
전화음성	300~3400	8	12또는 13	96또는 104	PSTN
광대역 오디오	50~7000	16	12또는 13	224또는 240	FM radio
고품질 오디오	30~15000	32	16	512	TV stereo
고품질 오디오	20~20000	44.1	16	706	CD player
고품질 오디오	10~22000	48	24이상	1152	전문가 오디오

   4. 음성코딩 표준

종류	압축방식	비트율	MOS	사용예
G.711	PCM	64kbps	4.1	PSTN
G.721/G.726	ADPCM	32kbps	3.85	PSTN
G.723	MP-MLQ/ACELP	6.3또는 5.3kbps	3.9또는 3.65	VoIP
G.728	LD-CELP	16kbps	3.61	이동전화
G.729	CS-ACELP	8kbps	3.92	VoIP

     - 방송, 음향기기에서는 Dolby AC-3, MPEG-2 AAC등이 주로 사용됨

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=900&m_search=coding

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=997&id=112

http://nooriry.egloos.com/1543852