디지털 신호처리

김경태

경북대학교 전자공학과(공학사), 연세대학교 대학원 전자공학과(공학석사), Tohocu University(Japan) 전기 및 통신공학과(공학박사)를 졸업하고 한국전자통신연구원(ETRI) 신호처리연구실장(책임연구원)으로 있었다. 현재는 한남대학교 정보통신공학과 교수로 재직중이다.

CHAPTER 01 디지털신호처리란 어떤 의미인가?
1. 디지털(Digital)의 의미가 무엇인가?
2. 신호란 무엇인가?
3. 처리란 무슨 의미인가?
4. 종합적인 의미로 디지털신호처리란?

CHAPTER 02 디지털신호처리를 위해서 필요한 수학적 지식은 어떤 것들이 있나?
1. 삼각함수란 무엇인가?
2. 지수함수(Exponential Function)란 무엇인가?
3. 로그함수란 무엇인가?
4. 복소수란 무엇인가?
5. 복소지수함수란 무엇인가?
6. 미분이란 무엇이고 어떻게 하는 것인가?
7. 적분이란 무엇이고 어떻게 하는가?

CHAPTER 03 LabVIEW란 무엇이고 어떻게 사용하는가?
1. LabVIEW란 무엇인가?
2. 어떻게 시작하나?
3. 조건이 만족하는 동안 반복실행은 어떻게 하나?
4. 정해진 회수만큼만 반복실행은 어떻게 하나?
5. 그래프는 어떻게 그리나?
6. 조건에 따라 다른 실행을 하기 위해서는?

CHAPTER 04 신호란 무엇인가?
1. '무엇인가'가 신호?
2. 신호에 관련되는 용어들은 어떤 것들이 있나?
3. 신호를 어떻게 표현하는가?
4. 정현파 신호를 그래프로 어떻게 그리는가?
5. 위상, 각속도, 주파수 사이에는 어떤 관계가 있나?
6. 주기신호란 어떤 신호인가?
7. 신호처리에서 자주 사용되는 기본신호들은 어떤 것들이 있고 왜 필요한가?
8. 원하는 신호를 합성할 수 있는가?

CHAPTER 05 아날로그신호에 포함되어 있는 주파수 성분은 어떻게 알 수 있나?
1. 신호에 포함되어 있는 주파수 성분을 왜 알아야 하나?
2. 스펙트럼, 스펙트라, 스펙트럴이란 무엇인가?
3. 주기 아날로그신호에 포함되어 있는 주파수는 어떻게 알 수 있나?
4. 비주기 아날로그신호에 포함된 주파수 성분은 어떻게 알 수 있나?

CHAPTER 06 디지털신호는 어떻게 만들고 표현하는가?
1. 왜 디지털신호로 변환해야 하나?
2. 아날로그신호에서 디지털신호로 변환하기 위해서 어떤 과정이 필요한가?
3. 샘플링 주파수가 샘플링 정리에 맞지 않으면 어떤 문제가 생기나?
4. 정현이산신호의 수식적인 표현과 파형은?
5. 정현이산신호 x[n]이 주기신호인지 비주기신호인지는 어떻게 알 수 있나?
6. 이산신호 x[n]을 수식으로 어떻게 표현하나?
7. 디지털신호를 아날로그신호로 어떻게 복원하나?

CHAPTER 07 이산신호에 포함되어 있는 주파수 성분은 어떻게 알 수 있나?
1. 이산신호 분석을 위해서 미리 알아야 할 사항
2. 주기가 있는 이산신호의 스펙트럼은 어떻게 구하나?
3. 주기가 없는 이산신호의 스펙트럼은 어떻게 구하나?

CHAPTER 08 입력과 출력은 어떻게 결합되고 표현되는가?
1. 입/출력을 결합시켜 주는 기능을 무엇이라고 하나?
2. 시스템에는 어떤 종류가 있나?
3. 시스템에 입력이 들어가야만 출력이 나오는가?

CHAPTER 09 신호 및 시스템을 주파수영역에서 표현하기 위해서 필요한 변환은 무엇인가?
1. 이산신호를 델타함수 외에 다른 방법으로 표현할 수 없을까?
2. 모든 이산신호 x[n]을 z 함수로 표현할 수 있는가?
3. X(z)로부터 역 z 변환되는 x[n]은 유일한가?
4. X(z)로부터 x[n]은 어떻게 구하나?
5. z 변환식이 주파수영역을 표현한다는 말의 의미는?
6. z 변환은 이산신호를 표현하기 위해서만 필요한가?
7. z 변환은 어떤 성질이 있는가?

CHAPTER 10 시스템의 입력과 출력 관계를 다른 방법으로 표현할 수는 없는가?
1. 임펄스응답 대신에 시스템을 표현하는 방법은?
2. 시스템의 전달함수는 어떻게 구하나?
3. 시스템의 임펄스응답은 어떻게 구하나?
4. 전달함수로부터 시스템의 대략적인 임펄스응답을 알 수 있나?
5. 전달함수로서 시스템의 인과성의 여부를 알 수 있나?
6. 전달함수로서 시스템의 안정도를 알 수 있나?
7. 시스템의 주파수 응답(특성)을 어떻게 알 수 있나?
8. z에 관한 다항식에서 근의 위치에 따른 대략적인 주파수 응답을 알 수 있나?

CHAPTER 11 프로젝트의 설계 및 구현
1. 가전제품 세탁기의 동작을 구현한다.
2. 진폭변복조와 주파수변복조를 구현한다.
3. LabVIEW의 LED 및 SEGMENT를 이용하여 신호들을 제어한다.
4. 음악 혹은 음성의 주파수 대역별로 나누고, 각각 대역별 세기를 표현하는 장치를 구현한다.
5. 온도와 조도를 감지하여 선풍기와 전등의 밝기를 조절한다.
6. LabVIEW로서 함수발생기와 오실로스코프를 구현한다.
7. 음악을 연주하는 키보드를 구현한다.
8. 전화기의 DTMF신호를 생성하여 숫자를 누르면 눌러진 숫자를 인식하는 장치를 구현한다.
9. 음성 혹은 음악의 재생속도를 변경하는 장치를 구현한다.

참고사항

참고문헌

본문 내 질문모음

Index

왜 신호처리를 공부해야 하는가?
MP3의 이어폰을 귀에 꼽고 노래를 들으면서 손에는 핸드폰으로 친구와 문자로 대화를 나누고, 어느 건물 벽에 마련된 대형스크린 앞에서 박지성 선수가 뛰고 있는 유럽 축구를 보면서 대형 스피커에서 나오는 소리를 듣고 응원하고 있지 않는가? 이러한 환경 속에 있는 여러분은 문자와 음악 등과 같은 여러 가지 정보를 동시에 획득하고 있다. 그런데 이 신호들이 어떻게 해서 신호가 발생되는 지점에서만 머물러 있지 않고 수천 Km 떨어진 내 귀에 내 눈에 들어오게 될까? 이를 위해서 여러 가지 기술이 필요한데, 여기서 중요한 기술 중의 하나가 신호를 처리하는 기술이다. 이렇듯 우리 주위에는 신호처리 기술이 사용되지 않는 경우가 거의 없다고 해도 과언이 아니다.

본서는 LabVIEW를 이용하여 신호처리에 접근할 수 있도록 구성되었다. 학생들에게는 졸업 후 전공 관련 직업을 갖게 되었을 때 필요한 기술의 기초지식을 쌓을 수 있는 기회가 될 것이고, 현재 관련분야에서 종사하고 있는 사람이라면 기초원리를 잘 이해함으로서 더 나은 제품을 개발하는 데에 도움이 될 것이다.

본서는 'LabVIEW를 이용한 디지털신호처리 이해하기' 의 개정판으로, 학생들이 어떤 부분을 어려워하는지를 파악하여 질문을 던지고 그 질문에 대답하는 형식으로 구성하였다. LabVIEW로 프로그래밍하면서 머리로 이해한 내용을 가슴으로 느끼면서 이해할 수 있도록 쉽고 자세하게 설명하였으며, 수학에 대한 기본적인 개념만 있더라도 충분히 이해할 수 있다.

디지털신호처리의 기본 개념을 설명하고, 디지털신호처리를 위해서 필요한 기본적인 수학, LabVIEW를 이용한 프로그래밍 방법, 내용면에서는 아날로그신호에 관련되는 여러 가지 기본 사항들, 입력과 출력으로 이루어지는 시스템의 정의 및 표현, 주파수분석방법, 디지털신호처리와 디지털신호의 주파수 분석방법, 시스템의 전달함수 등에 대해 설명한다.