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脉冲编码调制是全国科学技术名词审定委员会审定、公布的科技类名词术语。

中国,从来就是一个文化底蕴极度丰富的国家,中国的文字,更是凝聚着中国的文化精魂[1]。中国最早出现的和文字相关的文化记忆就是仓颉造字,小小的文字中蕴藏了无限的文化[2],然后就出现了最初的甲骨文

名词解释

脉冲编码调制 (Pulse Code Modulation)是一种对模拟信号数字化的取样技术,将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式,特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样 8000 次;每次取样为 8 个位,总共 64kb。取样等级的编码有二种标准。北美洲日本使用 Mu-Law 标准,而其它大多数国家使用 A-Law 标准。

脉冲编码调制主要经过3个过程:抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号,量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号,编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。

所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

历史

Claude E. Shannon于1948年发表的“通信的数学理论”奠定了现代通信的基础。同年贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术,虽然在当时是革命性的,但脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码格式,音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值,其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。PCM主要有三种方式:标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和自适应DPCM。在标准PCM中,频带被量化为线性步长的频带,用于存储绝对量值。在DPCM中存储的是前后电流值之差,因而存储量减少了约25%。自适应DPCM改变了DPCM的量化步长,在给定的信噪比(SNR)下可压缩更多的信息。

脉冲编码调制是20世纪70年代末发展起来的,记录媒体之一的CD,80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。脉码调制的音频格式也被DVD-A所采用,它支持立体声和5.1环绕声,1999年由DVD讨论会发布和推出的。 脉冲编码调制的比特数,从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit;采样频率从44.1kHz发展到192kHz。PCM脉码调制这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加PCM脉码调制比特率和采样率,不能根本的改善它的根本问题。其原因是PCM的主要问题在于:

(1)任何脉冲编码调制数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器,仅让20Hz-22.05kHz的频率通过(高端22.05kHz是由于CD44.1kHz的一半频率而确定)。

(2)在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器(减低采样频率),在重放时采用多级的内插的数字滤波器(提高采样频率),为了控制小信号在编码时的失真,两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM技术在音频还原时的保真度。

为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术,获得更好的声音质量,就需要有新的技术来替换。飞利浦和索尼公司再次联手,共同推出一种称为直接流数字编码技术DSD的格式,其记录媒体为超级音频CD即SACD,支持立体声和5.1环绕声。DSD是PCM脉冲编码调制的进化版。

参考文献