Den puls modulation og kodning eller PCM (i engelsk : pulse code modulation ), almindeligvis forkortet i PCM er en repræsentation digitalt et elektrisk signal er resultatet af en proces med scanning . Signalet samples først , derefter kvantiseres hver prøve uafhængigt af de andre prøver, og hver af de kvantiserede værdier konverteres til en digital kode. Den uafhængige behandling af hver prøve indebærer, at der hverken er kryptering eller datakomprimering .
Raw MIC (PCM) datafiler findes især i lydapplikationer . I telekommunikation ( PSTN eller VoIP ) er disse strømme: blokke af prøver transmitteres i en kø uden at angive start eller slut. I stereofoniske eller multikanalsystemer multiplexeres prøveblokkene, der svarer til hver kanal . Filerne WAV , AIFF og BWF angiver i dets overskrift typen af datakodning . Ofte er lyddatamodulationspulskoden fragmenter ( bidder ) multiplexet prøve for prøve.
Repræsentationen i pulsmodulation og kodning af et signal kan opdeles i tre operationer: sampling, kvantisering, kodning.
Sampling indebærer at tage prøver fra et signal, normalt med regelmæssige tidsintervaller.
Den samplingsfrekvensen er defineret som det reciprokke af tiden mellem to på hinanden følgende prøver, således, samplingsfrekvensen svarer til antallet af prøver udtaget hvert sekund.
Den Nyquist-Shannon samplingsætning , at signalfrekvenser større end halvdelen af samplingfrekvensen ikke kan rekonstrueres.
Kvantisering konverterer en værdi taget fra et kontinuerligt sæt til en anden svarende til et endeligt antal intervaller af mulige værdier.
I musikapplikationer, og når det digitale signal skal behandles , er kvantisering lineær . Uanset hvor fine intervallerne er, er der altid en forskel mellem den analoge værdi og den kvantiserede værdi. Når denne forskel er større end baggrundsstøjen , er den korreleret med signalet og opfattes som en form for forvrængning . For at undgå dette tilføjes støj kunstigt til signalet i en proces, der frem for alt er kendt under dets engelske navn dither .
I telefoni anvendes generelt logaritmiske skalaer for at reducere mængden af data, der skal transmitteres. Standardkodningen på en DS0 er 8-bit logaritmisk ved 8 kHz , enten μ-lov PCM (Nordamerika, Japan) eller a-lov PCM (Europa og det meste af resten af verden). Disse systemer kvantificerer signalet i henhold til en logaritmisk kurve , idet hver lineær 13 eller 14 bit prøve rekvireres til en 8 bit værdi. Dette system er beskrevet af den internationale standard G.711 , som stadig er den mest anvendte standard i fast telefoni i dag .
Kodningen matcher hvert interval på kvantiseringsskalaen til en unik kode i henhold til et bestemt regelsæt.
Oftest er denne kode et binært tal; flere typer binær kode er i almindelig brug, afhængigt af om signalet betragtes med hensyn til den ekstreme værdi uden tegn, eller til dets medianværdi, positiv eller negativ, og i dette tilfælde enten med lidt tegn, eller som supplement til 2 n .
Både til transmission af koder og til deres magnetiske eller optiske optagelse foretrækkes det, at der ikke er lange sekvenser på 1s eller 0s.
Pulsmodulation kan transmitteres med Manchester-kodning , hvilket undgår konstante niveauperioder på bekostning af fordobling af frekvensen. Med lidt mere økonomi sikrer den 8-bit til 14-bit-modulering, der bruges i CD'en , at der er to, fire, seks, otte eller ti nuller pr. Fjorten-bit-blok, der repræsenterer hver byte . Disse kodninger, der er egnede til registrering eller transmission af data, kan let reduceres til en tabel med binære værdier.
Når omkostningerne ved kredsløbene er vigtige, og der kan forventes en reduktion i lydkvaliteten, kan det vise sig nyttigt at komprimere talsignalet. Der anvendes derefter metoder baseret på påvisning af korrelationer mellem prøverne. De ældste metoder, der anvendes i telefoni, undersøger kun signalniveauet.
Hvis kodningen overvejer mere end en prøve, er det ikke længere pulskodemodulation (PCM).
Delta-moduleringPuls-kodedifferentialmodulation (eller delta) -modulation (DPCM), i modsætning til lineær LPCM- modulering , koder PCM-værdier som forskellene mellem den aktuelle værdi og den tidligere værdi. Til lyd reducerer denne type kodning antallet af bit, der kræves med ca. 25% sammenlignet med PCM .
Adaptiv differentiel pulskodemodulationFor mere reduktion og på bekostning af mere behandling anvendes en ADPCM- algoritme til at placere en serie på 14 lineære PCM-bits (eller 8 µ- eller A-lov-bits) i 4 ADPCM-bits. Hver PCM-signalsektion sendes med et header, der angiver den korrespondancetabel, der skal bruges. På denne måde fordobles linjens kapacitet næsten. G.726- standarden beskriver detaljerne i processen. Senere, da det blev fundet, at kompressionsforholdet kunne øges yderligere, blev yderligere standarder offentliggjort.
Nogle af ADPCM- teknikkerne bruges i Voice over Internet Protocol (VoIP) kommunikation .
Adaptiv multifrekvensI mobiltelefoni anvendes codecs med komprimering ( AMR eller AMR-WB ). Der er ingen PCM / PCM-strøm mellem enheder.
Pulsmodulation kan bruge RZ- kodning (return to zero) eller NRZ - kodning (non-return to zero). For at et NRZ-system kan synkroniseres ved kun at bruge den transmitterede information, må der ikke være lange sekvenser med identiske symboler, såsom lange sekvenser på 1s eller 0s. For PCM-binære systemer er densiteten af 1s et vigtigt kriterium ( ens-densitet på engelsk).
Denne tæthed styres ofte ved hjælp af prækodningsteknikker såsom RLL ( Run Length Limited ) kodning . PCM-koden udvides til en lidt længere kode, der sikrer en begrænsning af antallet af 1, før signalet moduleres og sendes til transmissionskanalen. I andre tilfælde tilføjes yderligere (synkroniserings) bits til strømmen, hvilket sikrer, at der i det mindste er nogle overgange mellem symbolerne.
En anden teknik, der anvendes til at kontrollere tætheden af 1, er brugen af et krypteringspolynom. Dette har en tendens til at gøre rådata til en pseudo-tilfældig strøm. Imidlertid kan den indledende strømning genindvindes fuldstændigt ved at vende effekten af polynomet. Når du bruger denne teknik, kan der stadig eksistere lange kørsler på 1 eller 0, men anses for usandsynlige nok til at blive overset eller i det mindste tolererede.
Det kan ske, at jævnstrømskomponenten i det modulerede signal (jævnstrøm eller gennemsnitlig strøm) ikke er nul. Da denne jævnstrømskomponent risikerer at polarisere kredsløbene til en detektor uden for dens driftsområde, træffes der specielle kompensationsforanstaltninger i realtid, og de udsendte koder ændres om nødvendigt for at få den gennemsnitlige spænding til at være nul, hvis det er nødvendigt.
Mange af disse koder er bipolære koder, hvor impulser kan være positive, negative eller nul. Normalt veksler ikke-nul impulser mellem positive og negative spændinger. Disse regler kan dog brydes for at producere specielle symboler, der bruges til synkronisering eller andre specielle formål.
Alec Harley Reeves indgav det første patent på denne teknologi i Paris i 1937. Han samplede telefonsignalet ved 6 kHz over 5 bit. Den første transmission af tale ved MIC blev udført med SIGSALY stemmekodningsudstyr , der blev brugt til allieret kommunikation på højt niveau under Anden Verdenskrig.
Den første implementering af pulskodemodulation til telefonen går tilbage til 1962 i USA efter skiftet fra elektronrøret til transistoren.