신호 및 시스템(개정판)(양장본 Hardcover)

대학교육에서 [신호 및 시스템] 교과목은 인간과 자연의 세계를 표현하는 아날로그 시스템과 더불어, 디지털 기술이 주도하는 지식정보화시대에서도 인간(Human)과 인간, 인간과 기계(Machine), 그리고 기계와 기계 사이에서 서로 신호를 전달하고 처리하는 디지털 시스템을 이해하기 위한 기초필수과목이다. 아무리 세상이 디지털 중심의 정보화시대라 하여도, 디지털 장치와 기계를 이용하는 인간은 아날로그 시스템이라는 사실을 간과하면 안 된다. 따라서 개정판에서도 [신호 및 시스템]의 내용을 아날로그(연속)와 디지털(이산) 사이에 균형을 맞추어 대등하게 배치하였다. 특히, 개정판에서는 TV와 컴퓨터에 익숙한 신세대를 겨냥하여 [신호 및 시스템]의 수학적인 개념을 문자 대신 그림을 중심으로 알기 쉽게 편집한 초판의 의도를 최대한 반영하여, 본문에서 사용하고 있는 그림과 수식들을 이해하기 쉽도록 수식과 그림 주변에 간단한 설명을 수록하였다.



개정판의 주요 내용



1장에서 신호 및 시스템의 기본적인 원리와 신호 처리의 형태를 살펴보고, 시스템의 사례 연구로서 아날로그 시스템을 대표하는 오디오 시스템과 멀티미디어(오디오 및 비디오) 신호를 동시에 처리하는 디지털 TV 시스템의 동작 원리를 소개하였다. 특히, 10장에서는 2장부터 9장까지 배운 기초 이론을 바탕으로 신호 및 시스템의 응용 분야를 대폭 개정하였다. 먼저, 디지털 신호가 어떻게 생성되는지 그 과정을 살펴보고, 오디오(음성 및 음악 신호)와 같은 1차원 신호에 대한 신호 처리 응용 사례를 배운다. 그리고 2차원 영상 신호의 디지털화 과정과 비디오(동영상) 신호 처리에 대한 응용 분야를 배운다. 끝으로 아날로그 통신 시스템과 디지털 통신 시스템의 관점에서 통신 신호 처리의 사례를 살펴보았다.

특히, 2장 연속 신호 및 시스템의 해석, 3장 이산 신호 및 시스템에 대한 해석, 4~5장 연속 및 이산 신호의 주파수 해석을 위하여 MATLAB(MATrix LABoratory) 실습을 수행함으로써 아날로그(연속) 신호 및 시스템과 함께, 디지털(이산) 신호 및 시스템의 기본 이론을 직접 확인하고 검증하였다. 한편, 6장에서는 불규칙 신호를 정의하고, 불규칙 신호의 특성을 통계적으로 표현하기 위한 시간 평균, 앙상블 평균, 상관관계, 자기 상관 함수를 배운다. 그리고 7장에서 라플라스 변환(Laplace transform)을 이용한 아날로그 시스템과 함께, 8장 z-변환(z-transform)을 이용한 디지털 시스템을 기초로 하여, 9장에서 대표적인 디지털 신호 처리 시스템인 디지털 필터의 동작 원리를 구체적으로 배운다.

CHAPTER 01 신호 및 시스템의 표현

1.1 신호 및 시스템의 개요

1.1.1 신호의 개념

1.1.2 시스템의 개념

1.1.3 연속 신호 및 시스템

1.1.4 이산 신호 및 시스템

1.1.5 불규칙 신호 및 시스템

1.2 신호의 주파수 해석

1.2.1 연속 신호의 주파수 해석

1.2.2 이산 신호의 주파수 해석

1.3 신호의 처리 형태

1.3.1 컨벌루션(convolution)

1.3.2 상관관계(correlation)

1.3.3 필터링(filtering)

1.4 시스템의 사례 연구

1.4.1 아날로그 오디오 시스템

1.4.2 디지털 TV 시스템

연습문제





CHAPTER 02 연속 신호 및 시스템

2.1 연속 신호란?

2.1.1 기본 연속 신호

2.1.2 연속 신호 분류

2.2 연속 시스템이란?

2.2.1 연속 시스템의 분류

2.3 연속 선형 시불변 시스템

2.3.1 선형 시스템 해석

2.3.2 컨벌루션 적분

2.3.3 컨벌루션의 성질

2.4 미분 방정식으로 표현되는 시스템

2.4.1 미분 방정식의 표현법

2.4.2 연속 시스템의 구성 요소

연습문제



CHAPTER 03 이산 신호 및 시스템

3.1 이산 신호란?

3.1.1 연속 신호와 이산 신호

3.1.2 기본 이산 신호

3.1.3 이산 신호 분류

3.1.4 디지털 신호와 시스템

3.1.5 디지털 신호의 생성 방법

3.2 이산 시스템이란?

3.2.1 이산 시스템의 입출력 관계

3.2.2 이산 시스템의 구성 요소

3.2.3 이산 시스템의 분류

3.3 이산 선형 시불변 시스템

3.3.1 선형 시스템 해석

3.3.2 컨벌루션 합

3.3.3 컨벌루션의 성질

3.4 차분 방정식으로 표현되는 시스템

3.4.1 차분 방정식의 표현법

3.4.2 선형 상계수 차분 방정식의 해

연습문제



CHAPTER 04 연속 신호의 주파수 해석

4.1 주파수 개념 및 신호의 주파수 표현

4.1.1 주파수에 대한 기본 신호

4.1.2 코사인 신호의 그래프

4.1.3 코사인 신호의 스펙트럼

4.2 연속 주기 신호의 주파수 해석

4.2.1 실수 주기 신호의 코사인 분해

4.2.2 일반적인 연속 시간 푸리에 급수

4.2.3 연속 시간 푸리에 급수 예제

4.2.4 연속 시간 푸리에 급수의 성질

4.3 연속 비주기 신호의 주파수 해석

4.3.1 연속 시간 푸리에 변환 정의

4.3.2 주요 연속 시간 푸리에 변환 관계

4.3.3 연속 시간 푸리에 변환 성질

4.4 연속 신호의 통합적 주파수 해석

연습문제



CHAPTER 05 이산 신호의 주파수 해석

5.1 이산 신호의 주파수 개념

5.1.1 이산 코사인 신호의 주파수

5.1.2 이산 코사인 신호의 스펙트럼

5.2 이산 주기 신호의 주파수 해석

5.2.1 이산 시간 푸리에 급수 정의

5.2.2 이산 시간 푸리에 급수 예제

5.2.3 이산 시간 푸리에 급수 성질

5.3 이산 비주기 신호의 주파수 해석

5.3.1 이산 시간 푸리에 변환 정의

5.3.2 주요 이산 시간 푸리에 변환 관계

5.3.3 이산 시간 푸리에 변환 성질

5.4 신호의 주파수 해석 정리

5.4.1 주기 신호와 비주기 신호의 스펙트럼 관계

5.4.2 연속 신호와 이산 신호의 스펙트럼 관계

5.4.3 신호와 스펙트럼의 관계

연습문제



CHAPTER 06 불규칙 신호 및 시스템

6.1 불규칙 신호 개요

6.1.1 불규칙 신호의 정의

6.1.2 불규칙 신호의 특성

6.2 불규칙 신호의 스펙트럼 성질

6.2.1 불규칙 신호의 스펙트럼 정의

6.2.2 불규칙 신호의 스펙트럼 예제

6.3 불규칙 신호에 대한 시스템 출력

6.3.1 출력 신호의 통계적 특성

6.3.2 출력 신호의 특성 예제

연습문제



CHAPTER 07 라플라스 변환과 아날로그 시스템

7.1 라플라스 변환

7.1.1 라플라스 변환 정의

7.1.2 수렴 영역의 성질

7.2 라플라스 변환의 성질

7.3 라플라스 역변환

7.4 라플라스 변환을 이용한 시스템 분석

7.4.1 시간 영역에서의 시스템 분석

7.4.2 주파수 영역에서의 시스템 분석

7.4.3 시스템의 성질과 전달 함수의 수렴 영역

연습문제



CHAPTER 08 z-변환과 디지털 시스템

8.1 z-변환

8.1.1 z-변환의 정의

8.1.2 z-변환의 수렴

8.2 z-변환의 성질

8.3 z-역변환

8.3.1 멱급수 전개에 의한 z-역변환

8.3.2 부분 분수 전개에 의한 z-역변환

8.4 단방향 z-변환

8.4.1 단방향 z-변환의 성질

8.4.2 단방향 z-변환을 이용한 차분 방정식의 풀이

8.5 z-영역에서의 선형 시불변 시스템의 특성

8.5.1 z-변환의 극점과 영점의 정의

8.5.2 시스템 전달 함수와 극점 영점과의 관계

8.5.3 시스템의 안정도와 인과성 조건

연습문제



CHAPTER 09 디지털 필터의 기초

9.1 디지털 필터의 개념

9.1.1 아날로그 필터와 디지털 필터

9.1.2 아날로그 필터에 대한 디지털 필터 등가 회로

9.2 아날로그 신호와 디지털 신호의 상호 변환

9.2.1 아날로그 디지털 변환기

9.2.2 디지털 아날로그 변환기

9.3 디지털 필터의 구조

9.3.1 FIR 필터의 구조

9.3.2 IIR 필터의 구조

9.4 디지털 필터의 설계

9.4.1 필터의 설계 과정

9.4.2 필터의 설계 예제

9.4.3 FIR 필터의 설계 방법

9.4.4 IIR 필터의 설계 방법

9.5 디지털 필터의 구현

9.5.1 FIR 필터의 구현 방법

9.5.2 IIR 필터의 구현 방법

연습문제



CHAPTER 10 신호 및 시스템의 응용

10.1 디지털 신호의 정의 및 생성

10.1.1 개요

10.1.2 디지털 신호의 생성 방법

10.2 1차원 디지털 신호 처리 응용

10.2.1 스펙트로그램(spectrogram)

10.2.2 1차원 신호의 주파수 분석

10.3 영상 신호의 디지털화

10.3.1 2차원 영상 신호의 디지털화

10.3.2 동영상의 디지털화

10.4 디지털 영상 처리 응용

10.4.1 디지털 영상에 대한 연산

10.4.2 디지털 영상의 필터링(2차원 컨벌루션 합 연산)

10.5 통신을 위한 신호 처리

10.5.1 아날로그 통신 시스템

10.5.2 아날로그 통신을 위한 신호 처리

10.5.3 디지털 통신 시스템

10.5.4 디지털 통신을 위한 신호 처리

연습문제

강철호 저자 강철호는

학력

1971년 3월~1975년 2월: 한양대학교 전자공학과(공학사)

1975년 3월~1979년 2월: 서울대학교 전자공학과(공학석사)

1982년 3월~1988년 2월: 서울대학교 전자공학과(공학박사)

주요경력

1977년 3월~1982년 2월: 국방과학연구소 연구원

1991년 2월~1992년 1월: 미국 일리노이대학교(시카고) 방문교수

2000년 2월~2001년 1월: 중국 연변과학기술대학 교환교수

1983년 3월~현재: 광운대학교 전자통신공학과 교수