Pulssikoodimodulaatio

Pulssikoodimodulaatio(PCM,engl.pulse code modulation) on menetelmä, jollaanaloginenäänitaajuussignaalikoodataandigitaaliseenmuotoon. Pulssikoodimodulaatiossa otetaan tasaisin väliajoin näytteitä, jotka ilmaistaan numeerisesti. Näytteen taso voidaan ilmaista joko lineaarisesti tailogaritmisesti.TyypillisestisignaalinkäsittelyssäkäytetäänA/D- jaD/A-muuntimia näytteiden käsittelyyn. Digitaalinen äänentoisto perustuu useimmiten PCM-ääneen, jota toistavat esimerkiksi cd-soittimet, mp3-soittimet ja modernit tietokoneet.

Historia

PCM-menetelmän on kehitettänytAlec H. Reevesvuonna 1939.New Yorkin maailmannäyttelyssävuonna 1939 oli esitteillä” vocoder” (lyhenne sanoistavoice coder) -äänisyntetisaattoridemonstraatio.

PuheensalaukseenkäytettäväSIGSALY-järjestelmä oli ensimmäinen PCM-tiedonsiirtoa käyttävä. Järjestelmä oli käytössä liittoutuneiden välillätoisen maailmansodanaikana.Järjestelmän kehittiBell Telephone Laboratories(BTL) ja se otettiin muodollisesti käyttöön 15. heinäkuuta 1943 Pentagonin ja Lontoon välillä.

Yleistä

ITU:nsuosituksessaG.711on määritelty kaksi koodauslakia:A-Lawjaμ-Law.Molemmissanäytteenottotaajuuson kahdeksankilohertsiä(kHz) ja kansainvälisissä yhteyksissä on käytettävä kahdeksaabittiänäytettä kohden. Sarjamuotoisessa bittien siirrossa on No. 1 (polaarisuus) lähetettävä ensin ja No. 8 (vähiten merkitsevä bitti) viimeisenä.

Näytteiden logaritmisuus laajentaadynamiikkaa36desibeliin(dB) saakka.^lähde?Tärkein syy erilaisiin näytteenottolakeihin oli runkoverkossa käytettylinjakoodaus:Amerikassa käytettiinAMI-koodaus-linjakoodausta,joka toimii erittäin huonosti, jos lähetettävänä on pelkkiä nollia.^lähde?

Nyquistin teoreemanmukaan taajuuksia, jotka ovat korkeampia kuin puolet näytteenottotaajuudesta eilaskostumisilmiöntakia voida erottaa tätä taajuutta pienempitaajuisista signaaleista. Toisin sanoen kahdeksan kilohertsin näytteenottotaajuudella voidaan tallentaa periaatteessa korkeintaan neljän kilohertsin korkuisia ääniä. Siksi signaalit yleensäalipäästösuodatetaanennenA/D-muunnosta.Käytännössä raja on 3,4 kilohertsiä, koska alipäästösuodinta ei voi tehdä kovin jyrkäksi.^lähde?

Bell LabsinvarhainenDS0-standardi määrittelee PCM:n puheen koodauksen 8 kHz taajuudella ja kahdeksalla bitillä, eli 256 tasolla. Tällöin yksi puhekanava käyttää 64 000 bittiä sekunnissa.^lähde?

CD-levyilläkäytettävä PCM-signaali on laadultaan 44,1 kilohertsin taajuudella 16 bitin tarkkuudella.DAT-nauhureissa käytetään 48 kilohertsin ja 16 bitin näytteistystä.S-VHS-kasettia hyödyntäväADATkäyttää 16-bittistä näytteistystä 48 kilohertsin taajuudella (vaihtuva välillä 40,4–50,85 kHz).Lineaarisilla 16 bitin näytteillä saavutetaan 96 desibelin dynamiikka, sillä:^lähde?

$20\log _{10}2^{16}=96dB$

Muunnelmia

Variaatioita PCM:stä:

• DPCMengl.differential PCM(DPCM) vertaa tallennettua ja ennakoitua arvoa ja tallentaa näiden erotuksen.
• ADPCMengl.adaptive differential PCM(ADPCM) on DPCM:b variaatio.
• LPCMengl.linear pulse code modulated audio(LPCM) on PCM-audion variaatio.
• A-Law,pakattua ääntä
• μ-Law,pakattua ääntä

Katso myös

• Pulssinleveysmodulaatio(PWM)
• Pulssintiheysmodulaatio(PDM)

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheestaPulssikoodimodulaatioWikimedia Commonsissa