Pulssikoodimodulaatio

sähköisen äänitaajuussignaalin koodaus digitaaliseen muotoon
(Ohjattu sivulta PCM)

Pulssikoodimodulaatio (PCM, engl. Pulse Code Modulation) on menetelmä, jolla analoginen äänitaajuussignaali koodataan digitaaliseen muotoon. Pulssikoodimodulaatiossa otetaan tasaisin väliajoin näytteitä, jotka ilmaistaan numeerisesti. Näytteen taso voidaan ilmaista joko lineaarisesti tai logaritmisesti. Tyypillisesti signaalinkäsittelyssä käytetään A/D- ja D/A-muuntimia näytteiden käsittelyyn.

HistoriaMuokkaa

PCM-menetelmän on kehitettänyt Alec H. Reeves vuonna 1939.[1] Vuoden 1939 maailmannäyttelyssä oli esitteillä ”vocoder” (lyhenne sanoista voice coder) -äänisyntetisaattoridemonstraatio.[2]

Puheen salaukseen käytettävä SIGSALY-järjestelmä oli ensimmäinen PCM-tiedonsiirtoa käyttävä.[3] Järjestelmä oli käytössä liittoutuneiden välillä toisen maailmansodan aikana.[3] Järjestelmän kehitti Bell Telephone Laboratories (BTL) ja se otettiin muodollisesti käyttöön 15. heinäkuuta 1943 Pentagonin ja Lontoon välillä.[2]

YleistäMuokkaa

ITU:n suosituksessa G.711 on määritelty kaksi koodauslakia: A-Law ja μ-Law.[4] Molemmissa näytteenottotaajuus on kahdeksan kilohertsiä (kHz) ja kansainvälisissä yhteyksissä on käytettävä kahdeksaa bittiä näytettä kohden.[4] Sarjamuotoisessa bittien siirrossa on No. 1 (polaarisuus) lähetettävä ensin ja No. 8 (vähiten merkitsevä bitti) viimeisenä.[4]

Näytteiden logaritmisuus laajentaa dynamiikkaa 36 desibeliin (dB) saakka.lähde? Tärkein syy erilaisiin näytteenottolakeihin oli runkoverkossa käytetty linjakoodaus: Amerikassa käytettiin AMI-koodaus-linjakoodausta, joka toimii erittäin huonosti, jos lähetettävänä on pelkkiä nollia.lähde?

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

Bell Labsin varhainen DS0-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-levyillä käytettävä PCM-signaali on laadultaan 44,1 kilohertsin taajuudella 16 bitin tarkkuudella. DAT-nauhureissa käytetään 48 kilohertsin ja 16 bitin näytteistystä.lähde? S-VHS-kasettia hyödyntävä ADAT käyttää 16-bittistä näytteistystä 48 kilohertsin taajuudella (vaihtuva välillä 40,4–50,85 kHz).[5] Lineaarisilla 16 bitin näytteillä saavutetaan 96 desibelin dynamiikka, sillä:lähde?

 

MuunnelmiaMuokkaa

Variaatioita PCM:stä:

  • DPCM engl. Differential PCM (DPCM) vertaa tallennettua ja ennakoitua arvoa ja tallentaa näiden erotuksen.[6]
  • ADPCM engl. Adaptive Differential PCM (ADPCM) on DPCM variaatio.
  • LPCM engl. Linear Pulse Code Modulated Audio (LPCM) on PCM audion variaatio.[7][1]
  • A-Law, pakattua ääntä[1]
  • μ-Law, pakattua ääntä[1]

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. a b c d PCM, Pulse Code Modulated Audio Sustainability of Digital Formats Planning for Library of Congress Collections. Viitattu 21.2.2020. (englanniksi) 
  2. a b The Start of the Digital Revolution: SIGSALY (PDF) nsa.gov. Viitattu 21.2.2020.
  3. a b SIGSALY cryptomuseum.com. Viitattu 21.2.2020. (englanniksi)
  4. a b c G.711 : Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies itu.int. Viitattu 21.2.2020.
  5. http://www.pgtonstudio.ch/Adat_Manual.pdf
  6. DPCM - Differential Pulse Code Modulation einstein.informatik.uni-oldenburg.de. Viitattu 21.1.2017.
  7. Linear Pulse Code Modulated Audio (LPCM) Sustainability of Digital Formats Planning for Library of Congress Collections. Viitattu 21.1.2017.
Tämä tekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.