
【计】 pulse code modulation
脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)是数字通信系统中用于将模拟信号转换为数字信号的核心技术。其原理包含三个关键步骤:采样、量化和编码。根据中国国家标准GB/T 7610-2021《数字通信系统术语》,采样指以高于信号最高频率两倍的速率(奈奎斯特定理)提取模拟信号瞬时值;量化将连续幅度值映射为有限离散电平;编码则将量化结果转换为二进制码流。
在汉英词典中,"脉冲编码调制"对应英文术语为"Pulse Code Modulation",缩写PCM。该技术由英国工程师Alec Reeves于1937年提出,现广泛应用于数字电话(ITU-T G.711标准)、CD音频(红皮书标准)和视频编码领域。美国电气电子工程师协会(IEEE)文献指出,PCM系统信噪比由量化位数决定,每增加1位可提升约6dB信噪比,公式表示为: $$ SNR = 6.02N + 1.76 quad text{(dB)} $$ 其中N为量化比特数。
最新技术发展显示,自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)通过预测编码技术,在保持相同音质条件下可将数据率压缩至标准PCM的1/4。中国工业和信息化部《数字通信技术白皮书》强调,PCM作为基础技术,仍是5G和物联网时代高质量语音传输的首选方案。
脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)是一种将模拟信号转换为数字信号的核心技术,广泛应用于通信、音频存储等领域。其核心过程分为三个步骤:
采样(Sampling)
以固定时间间隔对模拟信号的瞬时幅度进行抽取,根据奈奎斯特采样定理,采样频率需至少为信号最高频率的2倍(例如语音电话中通常用8 kHz采样频率,覆盖4 kHz带宽)。
量化(Quantization)
将连续幅度的采样值映射到有限个离散电平值。例如,若采用8位量化,则信号幅度被划分为2⁸=256个等级。量化会引入误差(称为量化噪声),可通过增加量化位数降低影响。
编码(Encoding)
将量化后的数值转换为二进制码流。例如,CD音频采用16位编码(65,536个量化级),每个采样点对应一个16位二进制数,最终形成连续的数字信号序列。
应用场景:电话系统(如G.711标准)、CD/DVD音频(44.1 kHz采样率)、数字视频信号传输等。其优势包括抗干扰能力强、易于存储和加密,但数据量较大,常需配合压缩技术(如MP3、AAC)。
数学表达:
若模拟信号为$x(t)$,采样间隔为$T_s$,则采样后信号为:
$x[n] = x(nT_s)$
量化过程可表示为:
$x_q[n] = Q(x[n])$
其中$Q(·)$为量化函数。
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