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디지털 데이터

교수 김성훈

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순서

데이터를 수집하는 방법: 아날로그와 디지털
컴퓨터에서의 디지털 표현
디지털 데이터의 종류

이미지
텍스트
소리

정리

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데이터를 수집하는 방법

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(도입) 생각열기

소중한 기억을 담은 사진 한장

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(도입) 생각열기

데이터로 보는 세상

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데이터(data, 자료)

자연 현상이나 주변 환경을 관찰 및 측정하여 얻는 값

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데이터를 수집하는 방법

아날로그, 디지털

아날로그: 연속적이며 많은 정보를 담고 있지만, 데이터의 저장과 관리가 불편하다.
디지털: 비연속적이며 정보의 손실이 일부 있지만, 데이터의 저장과 관리가 용이하다.

기온

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2. 컴퓨터에서의 디지털 표현

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비트와 바이트

컴퓨터는 모든 자료를 0과 1인 비트(bit)로 인식하고 표현하는 장치

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3. 디지털 데이터의 종류

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디지털 데이터의 종류

텍스트

소리

이미지

영상

“안녕하세요.”, ‘1’, ‘A’

숫자

1, 1.0

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3-1. 숫자

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디지털 데이터의 종류

숫자

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3-2. 이미지

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디지털 데이터의 종류

이미지

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디지털 데이터의 종류

이미지

픽셀

픽셀

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디지털 데이터의 종류

이미지

픽셀을 활용한 흑백 이미지

밝기 정보만

0

가장 어두운 밝기

(검정색)

255

가장 밝은 밝기

(흰색)

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디지털 데이터의 종류

이미지

픽셀을 활용한 흑백 이미지

밝기 정보만

어두운 곳

그레이스케일 값이 작다

밝은 곳

그레이스케일 값이 크다

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디지털 데이터의 종류

이미지

픽셀을 활용한 칼라 이미지

흰색: (255,255,255)

빨강: (0,0,255)

파랑: (255,0,0)

초록: (0,255,0)

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디지털 데이터의 종류

이미지

픽셀을 활용한 칼라 이미지

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(실습) 디지털 이미지 데이터 다뤄보기

크롬 브라우저로 시작 후 본인의 구글 계정을 로그인하세요.
다음의 링크를 클릭하세요.

https://colab.research.google.com/drive/1s8VtWjXqCrsBBo56qZ7QkhXYUhczlEjt?usp=sharing

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3-3. 텍스트(문자) 데이터

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디지털 데이터의 종류

텍스트

텍스트 데이터는 문장, 단어, 문자 등으로 구성된 데이터
(예) 책, 기사, 이메일, 소셜 미디어 포스트 등

문자와 텍스트의 차이

문자: 개별적인 기호나 글자 (예, 'A', 'b', '1', '#', '한')
텍스트: 여러 문자가 모여서 이루어진 문자열 (예, "Hello, World!", "Python is fun!", "안녕하세요")

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디지털 데이터의 종류

문자

문자나 기호 등을 디지털로 변환, 즉 비트의 나열로 변환하는 방식을 인코딩(Encoding) 이라고 합니다.
인코딩 방식에는 아스키 코드, 유니코드 등이 있습니다.
아스키 코드(ASCII)

1967년 미국에서 만들어졌으면, 문자를 디지털로 표현하는 대표적인 코드표
영문 대소문자, 숫자 0~9, 특수 문자 등을 숫자로 표현함

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디지털 데이터의 종류

문자

유니코드(UNICODE, Universal Code)는 전 세계의 모든 문자를 표현하기 위한 표준입니다.

'가'의 이진수 표현: 1010110000000000
'가'의 유니코드: 0xac00

*16진수(Hexadecimal)

15까지의 수를 1개 자리로 표현하는 방법
1~9, a, b, c, d, e, f
구분자 0x

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우리가 사용하는 윈도우 메모장 소프트웨어에는 네가지 인코딩 방식을 제공합니다.

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[참고] 컴퓨터 내에서 문자를 처리하는 방법

자주 반복되는 문자열 찾기

2. 길게 반복되는 문자열 찾기

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디지털 데이터의 종류

텍스트

원-핫 인코딩

예시 텍스트

“I love machine learning” > ["I", "love", "machine", "learning"]

원-핫 인코딩을 위한 단어 위치

원-핫 인코딩 결과

["I", "love", "machine", "learning"] > [[1, 0, 0, 0], [0, 1, 0, 0], [0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 1]]

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디지털 데이터의 종류

텍스트

워드 임베딩

단어 간의 의미적 유사성을 반영한 방식, 워드 임베딩

"I love machine learning", "Machine learning is fun", "I enjoy learning"

단어	원-핫 인코딩	워드 임베딩
‘I’	[1. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]	[ 0.13190205 -0.11654168 0.06422569 -0.05910109 0.01177909 0.12140886 -0.06374538]
‘machine’	[0. 0. 0. 0. 0. 1. 0.]	[ 0.13190205 -0.11654168 0.06422569 -0.05910109 0.01177909 0.12140886 -0.06374538]
‘learning’	[0. 0. 0. 0. 0. 0. 1.]	[-0.12513694 -0.06274036 -0.00050143 -0.00423116 -0.10944629 0.13735346 0.07117225]

*유사도 : ('I', 'machine'): 0.0111

('I', 'learning'): 0.1267

('machine', 'learning'): 0.0424

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3-4. 소리 데이터

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디지털 데이터의 종류

소리

대기 중에서 미세한 기압의 파동을 일으켜 연속적인 크기의 진동으로 인간의 귀에 전달되는 신호

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디지털 데이터의 종류

소리

아날로그 소리 데이터의 디지털화

피에조 센서

이미지 출처: 수학과 함께하는 인공지능 기초(EBS, 김성훈 외)

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디지털 데이터의 종류

소리 데이터의 변환 과정

시간

진폭(전압)

시간

샘플링(표본화)

예시 그림은 1초 동안 8개의 데이터를 샘플링한 것이므로 ⅛ 초 간격으로 데이터를 추출한다는 의미

예) 전화 8,000번, CD품질 오디오 44,100번, 고해상도 오디오 96,000번

진폭(전압)

이미지 출처: Kuznetsov, Y.V. (2021). Image Sampling, Quantization, and Encoding. In: Principles of Image Printing Technology. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60955-9_6

양자화

부호화

6

5

3

1

7

0

5

각 샘플링된 값을 가장 가까운 디지털 값(숫자)으로 변환

6,7,5,3,1,0,5,6

변환된 디지털 값을 비트로 표현

110,111,101,011,001,000,101,110

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4. 정리

데이터란? 자연 현상이나 주변 환경을 관찰 및 측정하여 얻는 값
데이터를 수집하는 방법? 아날로그와 디지털
디지털 데이터의 종류

텍스트

소리

이미지

영상

“안녕하세요.”

숫자

1, 1.0

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[참고] 실습

텍스트 링크
소리 링크