概念介绍
PCM指的是脉冲编码调制(Pulse Code Modulation),是一种数字信号处理技术,将由波形表示的模拟音频信号转换为由1和0表示的数字音频信号。这个过程涉及对模拟信号进行采样、量化和编码,以形成一系列数字信号,而不会丢失或压缩任何信息。
发展历程
脉冲编码调制 (PCM) 最初由 Harry Nyquist 和 Claude Shannon 在 1930 年代末开发。以下是 PCM 发展过程中的一些重要里程碑
工作原理
要了解 深入了解 PCM 的工作原理,首先了解采样的概念会很有帮助。
采样是将模拟信号转换为数字信号的过程。这是通过在等间隔时间点对模拟信号进行一系列测量来完成的。然后将测量值转换为数字,并将数字存储在计算机中。该过程包括对信号值进行采样(测量),  每秒 n次,表示一秒钟内的个电压 电平 。 对于语音电话信道,每秒采集 8,000 个样本就足够了,即每 125 μs 采集一个样本,因为根据采样定理,当采集频率为最大频率两倍的电信号样本时信号,这些样本将包含重建原始信号所需的所有信息。
量化,是将某个离散 值分配 给采样中获得的每个电压电平的 过程 。在电话交谈的采样中,由于样本在语音强度范围内可以有无限多个值,因此电话信道中的范围约为 60 dB。为了简化过程,所做的是对一系列预定值中最接近的值进行近似。
实现 PCM 音频的方法因量化或信号处理而异。 量化技术基于数学过程,例如对数、线性和自适应。
PCM 音频的质量取决于采样率和位深度。采样率和位深度越高,音频质量越好。
    • 采样率,即每秒采样的次数;采样率是每秒对模拟信号进行采样的次数。采样率越高,模拟信号的数字表示就越准确。然而,更高的采样率也需要更多的存储空间。
    • 位深度是每个样本中信息的比特数,决定了每个样本可能取的数字值的个数。位深度越高,模拟信号的数字表示就越准确。然而,更高的位深度也需要更多的存储空间。
一旦模拟信号被采样并转换为数字信号,就可以对其进行存储、传输或处理。要播放数字信号,首先要将其转换回模拟信号。这是通过在样本之间进行插值来完成的。插值是估计样本之间信号值的过程。
PCM类型
PCM 格式有以下主要类型:
分析工具
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参考文献
https://wiki.multimedia.cx/index.php/PCM#PCM_Types
https://www.w1yca.org/tech/papers/nyquist.pdf
https://www.livevideostack.cn/news/nyquist/
我是一枚爱跑步的程序猿,维护公众号和知乎专栏《MediaStack》,有兴趣可以关注,一起学习音视频知识,时不时分享实战经验。
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