down sampling과 up sampling

down sampling, up sampling

down sampling, up sampling은 데이터 처리 과정에서 자주 사용되는 기술로,데이터의 특성 및 목적에 따라 적절하게 선택하여 사용한다.

down sampling

원본 데이터의 샘플링 속도를 줄이는 것, 즉 원본 데이터의 일부 데이터포인트를 제거해 데이터 크기를 줄이는 것을 의미한다.

 

예를 들어 음악 파일의 샘플링 속도를 1000kHz에서 400kHz로 줄이는 것, 이미지의 해상도를 1920x1080에서 640x480으로 줄이는 것 등이 있다.

 

시계열 데이터의 경우 원본 데이터의 시간단위가 실용적이지 않은 경우, 계절 주기의 특정 부분에만 집중하고 싶은 경우, 더 낮은 빈도의 데이터에 맞추는 경우, 데이터 포인트를 줄이는 다운샘플링을 수행한다.

 

다운샘플링을 통해 데이터 크기를 줄이면서 저장 공간 절약 및 연산 속도를 향상하고, low pass filter를 사용할 경우 노이즈를 제거할 수도 있다.

 

up sampling

원본 데이터의 샘플링 속도를 높이는 것, 즉 원본 데이터 사이에 새로운 데이터 포인트를 추가해 데이터 크기를 늘리는 것이다.

 

예를 들어 음악 파일의 샘플링 속도를400kHz에서 1000kHz로 높이는 것, 이미지의 해상도를 640x480에서 1920x1080으로 높이는 것 등이 있다.

 

시계열의 경우 시계열이 불규칙적인 상황에서 업샘플링을 통해 시계열을 규칙적인 형태로 변환할 수 있다.

 

업샘플링을 통해 데이터의 해상도를 향상시키고 신호 간섭을 방지할 수 있으며, 서로 다른 샘플링 속도를 가진 데이터 간 동기화가 가능하다.

 

데이터 타입별 downsampling, upsampling 방식

1. 오디오

up-sampling	down-sampling
zero-padding(원본 데이터 사이 0을 삽입하는 방식. 계산량이 적으나 음질 저하가 발생할 수 있음)	decimation(원본 데이터의 샘플 중 일정 간격으로 샘플 제거, 간단하지만 앨리어싱 현상 발생 가능성)
Interpolation (보간)(원본 데이터 사이 값을 추정하여 데이터 크기를 늘리는 방식)	low-pass filtering(원본 데이터의 높은 주파수를 filtering하는 방식. 앨리어싱 현상을 방지할 수 있으며, 다양한 filter 사용 가능)
Upsampling Filters(low pass filter를 사용해 원본 데이터의 주파수 스펙트럼을 확장하는 방식. 가장 음질이 좋으나 계산 과정 및 구현이 복잡)	resampling(sampling rate를 변경하는 방식으로 decimation과 low pass filtering을 함깨 사용함. 앨리어싱 현상을 방지하며 원하는 sampling rate를 얻을 수 있음)

 

2. 이미지

up-sampling	down-sampling
Nearest Neighbor Interpolation	Average Pooling(간단하지만 이미지의 디테일 정보 손실)
Bilinear Interpolation	Max Pooling(특징 추출에 효과적이나 이미지의 질감 정보 손실)
Bicubic Interpolation	Subsampling(이미지의 특정 부분에 집중할 수 있으나 이미지의 전체적인 정보 손실)
unpooling	Dilated (Atrous) Convolution
max unpooling	depthwise convolution
deconvolution	depthwise separable convolution
transposed convolution

 

3. 시계열

up-sampling	down-sampling
선형 보간(1차식 사용)	합계 집계, 평균 집계
2차 보간(2차 방정식 사용)	최대/최소 집계
Cubic Spline Interpolation(곡선 사용)	Decimation (데시메이션)

 

4. 텍스트

up-sampling	down-sampling
단어/문장 복제 (Word/Sentence Replication)	임의 제거 (Random Removal)
동의어 치환 (Synonym Substitution)	키워드 기반 제거 (Keyword-based Removal)
텍스트 생성 (Text Generation)	요약 (Summarization)

 

 

출처

https://wikidocs.net/147019

1) Down-sampling