Pulssikoodimodulaatio
Wikipedia
Pulssikoodimodulaatio (PCM, engl. Pulse Code Modulation) on yksi sähköisistä menetelmistä koodata ääni-informaatiota. Siinä analogisesta signaalista otetaan tasaisin väliajoin näytteitä, jotka ilmaistaan numeerisesti. Näytteen taso voidaan ilmaista joko lineaarisesti tai logaritmisesti.
Digitaalisessa puhelinverkossa 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, niiden 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: Amerikoissa käytettiin AMI-linjakoodausta, joka toimii erittäin huonosti jos lähetettävänä on pelkkiä nollia.)
Nyquistin teoreeman mukaan taajuuksia, jotka ovat korkeampia kuin puolet näytteenottotaajuudesta ei saada tallennettua. Toisin sanoen, 8000 hertsin näytteenottotaajuudella voidaan tallentaa teoriassa korkeintaan 4000 hertsin ääniä. Käytännössä raja kulkee jo 3400 hertsissä.
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.
Bell Labsin varhainen DS0-standardi määrittelee PCM:n puheen koodauksen 8000 näytteellä sekunnissa ja 8 bitillä, eli 256 tasolla. Tällöin yksi puhekanava on 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 bittiä. Lineaarisilla 16 bitin näytteillä saavutetaan 96 dB dynamiikka.
