아날로그 이미지와 디지털 이미지

지난 호에서는 이미지와 이미지가 가지고 있는 정보를 보다 넓게 이해하고 활용하기 위하여 이미지의 종류와 정보의 다양성에 대하여 소개하였다.
이번 호에서는 이미지의 표현 및 보존방식으로 널리 활용되고 있는 아날로그 이미지와 디지털 이미지가 가지고 있는 공통점과 차이점을 짚고, 정보의 내용과 질적인 면에서 그 장단점을 살펴보고자 한다. 또한 이미지를 단순한 감상의 대상이 아닌 실용적이고 귀중한 정보의 보고로서 어떻게 활용할 수 있을지에 관하여 고찰하고 이미지 데이터의 보존방법에 관해서도 함께 고민하는 시간을 가져보고자 한다.

유우식
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그림 1. 아날로그와 디지털 정보의 표시와 조작방법의 차이의 예시(아날로그 정보 : 연속적으로 변화하는 물리량, 디지털 정보 : 불연속적으로 기본단위의 정수배로 변화하는 물리량)

1. 아날로그 신호와 디지털 신호
아날로그(Analog)와 디지털(Digital)이라는 용어는 일상생활에서도 자주 등장하는 보편적인 단어이지만 그 차이를 간단하게 설명할 수 있는 사람은 그리 많지 않다. <그림 1>과 같이 아날로그는 시계 바늘 같은 것으로 가리키는 것이고 디지털은 숫자로 표현되는 것 정도로 이해하고 있는 사람도 적지 않을 것으로 생각된다. 이것은 아마도 아날로그와 디지털 신호의 본질과 기본적인 특징에 대한 이해 부족에서 오는 경우가 많다. 아날로그와 디지털의 개념과 특징을 이해하게 된다면 오락용 전자기기 등에서 사용되는 조이스틱(Joystick)은 움직이는 세기에 따라서 변화하고 아날로그로 분류하고 십자 버튼(Cross Button)은 누르는 빈도에 따라서 변화하기 때문에 디지털로 분류할 수 있다. 이러한 의문도 아날로그와 디지털 신호의 특징을 이해하면 자연스럽게 해소될 수 있다.
아날로그 신호와 디지털 신호의 일반적인 구분방법에 따르면 아날로그 신호는 시계바늘처럼 연속적으로 변화하는 반면 디지털 신호는 불연속적으로 변화한다고 소개되어 있는 경우가 많다. 이러한 표현은 아날로그 신호와 디지털 신호를 이해하는데 불필요한 오해를 불러올 소지가 많다. 30여년전의 필자의 학창시절부터 사용되어 오던 설명이기는 하지만 그 배경을 살펴보면 정보처리에 필요한 전자부품의 가격, 정보(데이터) 처리능력, 정보(데이터) 보존능력과 비용이 비싸게 느껴졌던 시대에 맞는 설명이 아니었나 싶다. 이제는 그러한 기술적, 경제적 제약이 많이 사라진 상태이니 조금 더 본질적인 설명이 필요한 시기가 된 것 같다.
정현파(삼각함수의 Sine Wave 또는 Sinusoid)의 신호를 아 날로그 신호와 디지털 신호로 표현한다면 어떻게 될지 생각해 보 자.(그림 2) 연속적으로 변화하는 신호를 아날로그 신호라고 하고 불연속적으로 변화하는 신호를 디지털 신호라고 정의한다면 어느 정도로 레벨을 세분화해서 표시할 것인가 그리고 어느 정도 자주 샘플링해서 불연속적으로 변화하는 디지털 신호로 변환할 것인가 를 결정해야 한다. 디지털 신호에서 하나의 비트(Bit)는 0과 1의 2 진수로 표현되어 비트수가 많아질수록 더 많은 레벨(n비트의 경우 2ⁿ 가지의 레벨)의 신호강도의 표현이 가능하다.
8비트를 1바이트로 표시하는데 신호 강도의 레벨은 28 =256 레 벨까지 표현이 가능하다. 신호강도 표현의 레벨을 세분화할수록, 샘플링 주기를 짧게(빈도를 높게) 할수록 본래의 신호인 아날로그 신호에 가까워지게 되는 것을 쉽게 가늠할 수 있다. 물론 정보의 양도 신호강도 표현의 레벨 증가와 샘플링 주기의 단축과 더불어 늘 어나게 되므로 기술적, 경제적 제약이 완화되지 않으면 디지털 기 술을 사용한 상세한 표현은 어렵다. 역설적으로 이야기하면 기술 적, 경제적인 제약만 완화된다면 디지털 신호도 아날로그 신호 못 지 않게 상세한 표현이 가능하다. 실제로 TV나 디지털 카메라 등도 해마다 해상도와 색상이 개선되어 가면서도 가격이 하락하는 것은 기술의 발달로 고품질의 디지털 정보의 활용에 장애가 되어왔던 기술적, 경제적 제약이 점진적으로 완화되어 가는 현상으로 볼 수 있다.

그림 2. 아날로그 신호와 디지털 신호(아날로그 신호는 연속적으로 변화하는 반면 디지털 신호는 미리 정해진 최소 단위의 크기의 정수배로 변화하는 특징이 있다. 분할을 많이 하여 최소단위를 아주 작게 하면 아날로그 신호와 같아지게 된다.)