Pulssikoodimodulaatio

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Pulssikoodimodulaatio (PCM, engl. Pulse Code Modulation) on menetelmä, jolla sähköinen äänitaajuussignaali koodataan digitaaliseen muotoon. Siinä analogisesta signaalista otetaan tasaisin väliajoin näytteitä, jotka ilmaistaan numeerisesti. Näytteen taso voidaan ilmaista joko lineaarisesti tai logaritmisesti.

Digitaalisessa lankapuhelinverkossa käytettävä PCM-koodaus on määritelty ITU:n suosituksessa G.711. Siitä on kaksi eri varianttia, Euroopassa käytettävä A-law ja Amerikassa käytössä oleva μ-law. Ne eroavat toisistaan vain vähän: molemmat ovat logaritmisia, näytteenottotaajuus on 8000 hertsiä ja kussakin näytteessä on 8 bittiä. Näytteiden logaritmisuus laajentaa dynamiikkaa 36 dB:iin saakka. (Tärkein syy erilaisiin näytteenottolakeihin oli runkoverkossa käytetty linjakoodaus: Amerikassa käytettiin AMI-koodaus-linjakoodausta, joka toimii erittäin huonosti, jos lähetettävänä on pelkkiä nollia.)

Nyquistin teoreeman mukaan taajuuksia, jotka ovat korkeampia kuin puolet näytteenottotaajuudesta ei laskostumisilmiön takia voida erottaa tätä taajuutta pienempitaajuisista signaaleista. Toisin sanoen 8000 hertsin näytteenottotaajuudella voidaan tallentaa periaatteessa korkeintaan 4000 hertsin ääniä. Siksi signaalit yleensä alipäästösuodatetaan ennen A/D muunnosta. Käytännössä raja on 3400 hertsissä koska alipäästösuodinta ei voi tehdä kovin jyrkäksi.

Perinteisessä PCM:n määritelmässä äänisignaalia voidaan käsitellä ennen sen digitoimista, mutta pakattu digitaalinen ääni ei enää ole PCM-muodossa. PCM:sta on monia muunnelmia, jotka nykyaikainen äänenpakkaus on paljolti syrjäyttänyt. Näitä ovat mm. differentiaalinen PCM (DPCM) ja adaptiivinen DPCM (ADPCM).

Ensimmäinen digitaalista PCM-äänisignaalia käyttävä sovellus oli SIGSALY-puheensalaus liittoutuneiden toisen maailmansodan aikaisessa viestinnässä.lähde?

Bell Labsin varhainen DS0-standardi määrittelee PCM:n puheen koodauksen 8000 näytteellä sekunnissa ja 8 bitillä, eli 256 tasolla. Tällöin yksi puhekanava käyttää 64 000 bittiä sekunnissa.

CD-levyillä käytettävä PCM-signaali on laadultaan 44 100 näytettä sekunnissa (44,1 kHz) 16 bitin tarkkuudella. DAT-nauhureissa käytetään 48 kHz ja 16 bitin näytteistystä.lähde? VHS-kasettia hyödyntävä ADAT käyttää versiosta riippuen 16- tai 24-bittistä näytteytystä. Lineaarisilla 16 bitin näytteillä saavutetaan 96 dB dynamiikka sillä 20•log10(216) = 96 dB.