신호와 정보의 차이, 아날로그와 디지털의 차이

[신호와 정보의 차이, 아날로그와 디지털의 차이]

현대의 모든 사람은 "정보" 안에서 살고 있습니다. 그러니 기본적인 디지털의 개념을 알고 있으면 앞으로 나올 신기술들도 이해가 쉽지 않을까 합니다. 이 글에서 특히 중요한 것은, "신호와 정보는 어떻게 다른가?", "아날로그와 디지털의 차이는 무엇인가?"하는 것입니다. 어려워 보여도, 사실은 매일 접하는 것들일 뿐이니 차근차근 읽으면 됩니다. 

[글의 순서]

1. 신호와 정보의 차이

2. 아날로그와 디지털의 뜻

3. 아날로그 기기와 디지털 기기의 차이

4. 디지털과 아날로그의 예

5. 디지털로 아날로그처럼 표현하기

6. 아날로그의 디지털 변환

[엮인 글]

브라운관 TV, LCD, LED, 카메라의 원리 - 영상정보 처리

신호와 정보의 차이

우리는 수많은 정보의 홍수 속에 살고 있습니다. 뭔가 새로운 것이 나오더라도 머리 아파할 필요는 없습니다. 말의 어원에서부터 접근하면 이해가 쉽게 됩니다. 

(신호: 신호를 사람이 하는 것이라는 선입견에서 벗어나야 이해가 쉽다. 신호는 모든 현상이라고 보고, 정보는 그것을 수집한 것이라고 본다. [신호와 정보의 차이] / ⓒ Tumisu)

정보들은 신호를 모아서 만들어 냅니다. 

'신호'란 "변화를 전달하는 것"입니다. 신호등의 불빛이 변하지 않고 계속 같다면 그것은 신호가 아닙니다. 우리는 이럴 때 "고장 났다"고 표현합니다. 즉 변화가 전달될 때에만 신호의 의미가 있습니다. 

그리고 '정보'란 "쓸모 있는 자료가 된 것"입니다. 인식하고 모아진 신호들 중에서 쓸모가 있을만한 것들이 정보입니다. 바닷물이 높아지고 낮아지는 것을 그냥 보고 있을 때는 정보가 아닙니다. 우리가 바닷물의 높이를 보고 밀물이나 썰물이라고 분석할 때 비로소 정보가 됩니다. 

(신호: 수많은 신호 중에서 자료로서 쓸모가 있다고 여기고 분석되는 것만이 정보이다. 대표적인 것으로 기상정보, 주식정보 등이 있다. [신호와 정보의 차이] / ⓒ stux)

그렇다면 신호와 정보는 어떻게 다를까요? 

신호는 뭔가 변화만 일어난다면 모두 신호입니다. 정보란 그 신호들을 측정해서 분석한 후에야 정보라고 말할 수 있습니다. 친구가 배를 만지며 얼굴을 찡그리는 동작을 한다고 해서 그것이 바로 정보가 되지는 않습니다. 내가 그것을 보며 "배가 아프거나 배가 고픈 것"이라고 분석했을 때만 정보가 된다는 것을 기억하면 신호와 정보가 어떻게 다른지 확실히 이해할 수 있습니다. 

아날로그와 디지털의 뜻

정보를 생각하기 전에 우선 신호에 대해서 알아봅시다. 신호에는 두 가지 형식이 있습니다. '아날로그' 신호와 '디지털' 신호입니다. 영어에서 'analogue'란 "유사성이 있는"이란 뜻이고 'digital'이란 "손가락의"라는 뜻입니다. 유사성이 있다는 것은 "연속으로 이어진다"고 이해하면 쉽고, 손가락이란 표현은 "하나, 둘... 세는 것"이라고 이해하면 쉽습니다. 

(신호: 아날로그란 연속되었다는 뜻이며, 자연적인 것들을 포함한다. 빛, 소리, 바람, 물결, 전파 등 인간이 있기 전부터 있던 것들이다. [아날로그와 디지털의 뜻] / ⓒ pixelheart)

손가락으로 하나, 둘...하고 셀 수는 있지만 한 개 반이나  한 개 1/35 같은 것은 셀 수 없습니다. 즉 0이나 1같은 수치로만 표현할 수 있는 것이 디지털입니다. 디지털은 자연 상에 있는 것이 아니라 컴퓨터 같은 전자기기에 사용하기 위해서 만들어낸 신호입니다. 같은 시계라고 해도 숫자로 된 시계는 "숫자"의 단위가 변함에 따라 시간을 인식할 수 있으므로 디지털시계라고 부릅니다. 숫자가 1에서 2로 바뀌면 우리는 1시간이 지났다고 생각합니다. 

(신호: 디지털은 인간이 인공적으로 정보를 나누어 수집한 것을 말한다. 소리 중에도 인간이 만든 MP3 등으로 저장한 것은 디지털이며, LED TV등 인간이 만든 빛도 디지털이다. [아날로그와 디지털의 뜻] / ⓒ omt66)

하지만 아날로그는 모든 것이 이어져 있습니다. 바람이 불다가 갑자기 딱 멈추는 경우는 없습니다. 바람이 불어오다가 멈춰지는 것입니다. 인위적으로 막지 않고서는 갑자기 불어오던 바람을 싹 사라지게 할 수는 없는 것입니다. 햇빛도 점점 밝아졌다가 점점 어두워집니다. 같은 시계라고 해도 바늘로 된 시계는 시계바늘이 "연속해서" 움직이는 것에 따라 시간이 인식되므로 아날로그시계라고 부릅니다. 시계 바늘이 1에서 2로 바로 건너뛰는 경우는 없으니까 말입니다. 

아날로그 기기와 디지털 기기의 차이

아날로그는 대체로 자연적이고 물체를 통해서 느낄 수 있는 것들입니다. 심장 박동이나 카세트테이프의 음악은 컴퓨터로 만들어진 것이 아니므로 아날로그 신호입니다. 또한 라디오 전파도 그렇습니다. 전파는 인간이 탄생하기 전부터 원래 우주에 있었던 것이고, 라디오는 원래 있던 전파를 이용할 뿐입니다. 통기타를 말할 때도 아날로그 음악이라고 합니다. 

이런 것들의 특징은 아주 짧은 시간일지라도 점점 커졌다가 점점 작아지는 성질이 있습니다. 음악으로 표현하자면 음과 음 사이가 딱딱 끊기지 않고 이어져 있기 때문입니다. 

(신호: 카세트테이프와 라디오는 의외로 아날로그에 해당한다. 연속된소리 그대로를 담는 것이 카세트테이프이고, 우주 발생 때부터 있던 것이 전파라는 것을 이해하자. [아날로그 기기와 디지털 기기의 차이] / ⓒ www.kiss7.kr)

그런데 같은 음악이라고 해도 카세트테이프에 녹음된 것이 아니라 MP3파일로 된 음악은 디지털입니다. 같은 전파라도 휴대폰에서 보내지는 것은 디지털이라고 부릅니다. 기타 중에서도 전자앰프에 연결해서 사용하는 전자기타는 디지털입니다. 

이런 것들의 특징은 신호가 있거나 없거나 무조건 둘 중의 하나입니다. 즉 0과 1로만 표현되며, 그래서 음악으로 표현하자면 음과 음 사이사이가 딱딱 끊겨 있다고 이해할 수 있습니다. 

아날로그와 디지털을 이해하려면 위에서 예를 들었던 박동, 전파, 테이프, 휴대폰, 컴퓨터 같은 각각의 경우를 기억해 놓는 것이 좋습니다. 

디지털과 아날로그의 예

자기 테이프로 음악을 녹음할 때의 아날로그 신호를 그래프로 나타내자면 선으로 이어진 선 그래프입니다. 아래 그래프를 이해하려면 먼저 x축과 y축을 봐야 합니다. x축을 시간의 흐름이라고 생각하고, y축을 높이라고 생각하며 아날로그 음악이 어떻게 저장되는지 이해하면 쉽습니다. 

자기 테이프로 녹음된 아날로그 음악은 아주 짧은 시간일지라도, 혹은 인간의 귀에 들리지 않는 소음일지라도 음의 사이사이에 수많은 음들이 같이 녹음됩니다. 그래서 끊기지 않는 선입니다. 

(신호: 아날로그 방식으로 녹음된(카세트테이프 등) 소리는 시간 사이가 빼곡히 신호들로 꽉 차있다. 그래서 아날로그를 연속된 것으로 기억하는 것이다. [디지털과 아날로그의 예] / ⓒ www.kiss7.kr)

MP3 같은 디지털 녹음기로 녹음된 디지털 신호를 그래프로 나타내자면 막대기가 연속된 막대그래프입니다. 디지털 음악은 음이 있거나 없거나 무조건 둘 중의 하나입니다. 음이 있을 때는 높이가 달라질 뿐입니다. 

그러므로 음과 음 사이에는 아무런 신호도 없으며 음 자체를 숫자로 표현할 수 있습니다. 음악을 파일로 만들고 보관할 때 아주 편리해지며, 잡음 없이 매우 깨끗한 음을 얻을 수 있는 것입니다. 

(신호: 디지털 신호는 일정 시간마다 정보가 기록된다. 그러므로 중간중간 신호가 없는 것이 디지털인 것이다. 파일의 용량도 줄일 수 있다. [디지털과 아날로그의 예] / ⓒ www.kiss7.kr)

그런데 디지털 음악은 딱딱 끊기는 것이면서도 어떻게 부드러운 음을 낼 수 있는 것일까요? 

그 비밀은 끊는 시간을 자유자재로 조절할 수 있기 때문입니다. 아래의 첫 번째 그래프처럼 음의 막대를 1초 간격으로 녹음했다면 듣기 거북한 소리가 됩니다. 그러나 0.1초 간격으로 음의 신호를 녹음했다면? 이번엔 제법 음악처럼 들릴 것입니다. 간격을 더 짧게 해서 0.000001초 간격으로 녹음했다면? 인간의 귀로는 그 사이의 끊김을 인식하지 못하므로 마치 아날로그 신호처럼 들리게 됩니다. 

디지털로 아날로그처럼 표현하기

즉 디지털 음악은 이런 간격을 설정해서 질 낮은 음악파일부터 고음질의 MP3파일도 만들 수 있게 되는 것입니다. 다만, 고음질을 만든다면 사이사이에 더 많은 음의 신호를 집어넣어야 하므로 파일의 크기가 점점 커집니다. 용량이 큰 음악 파일의 음질이 좋은 것은 그 때문입니다. 

(신호: 듬성듬성 저장한 정보는 화질과 음질이 나쁘다. 하지마 일정 시간을 매우 짧게 하면 고화질, 고음질의 디지털 파일도 만들 수 있다. 멀리서 보면 거의 꽉찬 것처럼 보인다. [디지털로 아날로그처럼 표현하기] / ⓒ www.kiss7.kr)

음악을 예를 들어서 아날로그 신호와 디지털 신호를 설명했는데, 이것은 모든 전자 기기에 해당하는 작동원리입니다. 

카메라도 옛날처럼 유리렌즈를 이용해서 필름에 빛을 쪼여주는 방식으로 찍은 사진은 아날로그 사진이고, 렌즈의 신호를 빛이 없는 부분과 있는 부분을 인식하여 숫자로 저장된 사진은 디지털 사진입니다. 

(신호: [디지털로 아날로그처럼 표현하기] / ⓒ eugeniu)

사진의 경우에도 아날로그 사진은 중간 빛까지 다 표현되어 있으므로 파란 빛과 노란 빛 사이의 초록빛이 연속해서 필름에 저장됩니다. 하지만 디지털 사진은 파란 빛, 노란 빛 뿐만 아니라 초록빛의 위치까지 따로따로 저장했다가 보여주는 것입니다. 

음악과 마찬가지로 디지털 사진도 사이사이의 빛의 저장횟수를 늘려 저장한다면 눈으로 차이를 못 느낄 정도로 섬세하게 느껴지게 됩니다. 물론 파일의 용량이 커지는 불편함은 감수해야 하지만, 언제나 다시 편집을 하고 필터를 줄 수 있다는 장점도 생깁니다. 

아날로그의 디지털 변환 

이처럼 디지털은 보관과 분석의 편리성이 생기므로 아날로그로 느껴지는 모든 신호들을 디지털로 바꾸어 저장하게 되었습니다. 레코드판이라고 불리는 검은 원반의 LP디스크는 아날로그 음악저장 매체이고, 그것을 CD에 저장한다면 디지털 저장 매체를 사용하게 되는 것 입니다. 

아날로그 신호를 디지털로 저장하는 방법은 이렇습니다. 먼저, 파일의 저장 용량을 결정해야 하기 때문에 시간의 간격이나 위치의 간격 등을 설정합니다. 시간의 간격을 좁게 하면 고음질의 음악파일이 만들어지고, 위치의 간격을 좁게 하면 고화질의 사진파일이 만들어 지는 것입니다. 

(신호: [아날로그의 디지털 변환] / ⓒ www.kiss7.kr)

그 다음으로, 정해진 시간이나 위치마다의 신호를 숫자로 저장합니다. 우리가 느끼는 숫자는 높은 음, 낮은 음, 밝은 빛, 어두운 빛이지만 컴퓨터는 이것마저도 0이나 1을 사용해서 음이 있다, 없다, 있으면 음이 "도"가 있다, 없다, "레"가 있다, 없다... 이런 식으로 저장합니다. 

그리고 이렇게 0과 1을 사용해서 저장하는 것을 '이진수'라고 합니다. '십진수'는 10배가 될 때마다 자리수가 늘어나지만, 이진수는 2가 되면 자리가 늘어나기 때문입니다. 예를 들어, 이진수의 크기순서는 0, 1, 10, 11, 100, 101, 111, 1000.... 이런 식입니다. 즉 컴퓨터는 무조건 있다(1)와 없다(0)로 생각합니다. 

[저작권법 표시] 이 글의 원본: 키스세븐(www.kiss7.kr)

(이진법 1011을 십진법 11로 바꾸는 예)

이진법을 십진법으로 바꾸는 자리 수에 2의 거듭제곱을 하면 됩니다. 예를 들어, 1011은 (1x2의 3제곱)+(0x2의 2제곱)+(1x2의 1제곱)+(1x그냥 1)이므로 결국 8+0+2+1=11이 됩니다. 십진수로 11인 숫자를 디지털에서는 이집수로 1011이라고 한다는 얘기입니다. 

이렇게 저장되면 드디어 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환됩니다. 인간이 귀로 못 느끼고 눈으로 못 느끼는 신호들은 사라졌지만, 보관이 편리해지고 분석해서 정보로 사용할 수 있는 신호만 걸러서 디지털화 되는 것입니다. 

[엮인 글]

브라운관 TV, LCD, LED, 카메라의 원리 - 영상정보 처리