일본산업뉴스요약

로봇의 시대 (6)
IoT 잡음
AI 융성, 노이즈 대책에 만전을 기해야

-- 가짜 정보가 혼입 --
최근 센서 제품의 대다수는 디지털 신호를 직접 출력한다. IoT에 있어서 매우 편리한 사양이지만 내부에는 센서 소자가 있어 전압과 전류 등의 아날로그 신호를 출력한다. 이것을 ‘A/D 컨버터’라고 불리는 IC(집적회로)를 이용해 디지털 신호(비트)로 변환한다. 이것은 시간과 함께 연속적으로 변화하는 아날로그 신호(A)를 이산적인 단계로 뭉친 디지털 신호(D)로 변환하면서 ‘샘플링 주기’라 불리는 일정의 시간 간격으로 구분하면서 디지털 신호를 만들어낸다. 그 때 만약 아날로그 신호에 샘플링 주기의 2배(이를 ‘나이퀴스트 주기’라 부름)보다 짧은 주기의 신호가 포함되어 있으면 원래는 존재하지 않는 ‘폴딩 잡음’이라 불리는 정보가 디지털 신호에 혼입되어 버린다.

예를 들어 헬리콥터 프로펠러가 실제 회전 수라고는 생각할 수 없을 정도로 느리게 돌아가거나 멈춰있는 것 같이 보이는 현상이 이에 해당한다. 비디오 카메라와 렌즈를 통해 영상 센서에 들어 오는 다양한 사물로부터의 빛을 1초 간에 30장마다 혹은 60장 마다 등의 정지 화면으로 데이터를 출력한다. 프로펠러가 느린 움직임이라면 상관 없지만, 빠르게 움직여버리면 연속된 2장의 영상 사이에 움직인 방향과 양이 정확히 반영되지 않기 때문에 일어나는 문제이다.

-- ‘미지’에 준비하라 --
디지털 신호가 되어버린 후에 폴딩 잡음을 없애는 것은 불가능하고, A/D 컨버터에 들어가기 전에 아날로그 신호 때에 필터 회로 등을 사용하여 제거할 필요가 있다. 음악 CD는 디지털 신호를 다룬 제품의 전형적인 사례이지만, 아날로그 음향 신호를 약 22.7마이크로초 마다 6만 5,536단계(2의 16승)로 이산시킨 디지털 신호로써 CD 위에 기록되어 있다. 이것도 약 45마이크로초보다 짧은 주기의 신호는 필터 회로로 인해 삭제되어 있다.

공간적인 폴딩 잡음도 있다. 예를 들어 TV 방송에서 출연자가 입고 있는 옷이 작은 체크무늬 혹은 줄무늬였다고 한다면 그 모양이 울렁거리게 보이는 경우가 있다. 이것은 카메라의 영상 센서의 화소 간격의 2배보다 좁은 간격의 모양이 있을 때에 나타나는 ‘무아레’라 불리는 폴딩 잡음의 한 종류이다.

앞서 기술한 바와 같이 문제는 원래 신호원의 특성과 거동을 사전에 알고 있다면 다양한 방법으로 어느 정도 억제할 수 있지만, 만약 미지의 상태라면 불가능하다. AI 기술은 큰 기대를 받고 있지만 잘못된 데이터를 입력해버려서는 모든 것을 잃어버릴 수 있다.

-- 끝 --