线性脉冲编码调制
LPCM
以等时间间隔采样并采用线性量化表示音频波形的数字编码方式,广泛用于 CD、DVD、蓝光光盘、数字接口和专业音频文件。
详细说明
LPCM(Linear Pulse Code Modulation,线性脉冲编码调制)是一种以线性量化表示音频信号的脉冲编码调制形式。
模拟波形按固定时间间隔采样,每个采样值被量化为有符号的数字。采样率决定每秒取得的样本数量,位深决定每个样本可使用的量化级数。
LPCM 通常不对样本数据进行压缩,也不利用听觉模型删除信息。若不考虑封装开销,其数据率可按采样率、每个样本的位数和声道数量相乘得到。例如双声道 44.1 kHz、16-bit LPCM 的数据率为 1,411.2 kbit/s;八声道 96 kHz、24-bit LPCM 则需要 18.432 Mbit/s。数据量随任一参数增加而线性上升。
“线性”指量化数值与信号幅度之间采用线性对应关系,用以区别 μ-law、A-law 等非线性压扩 PCM。LPCM 与 PCM 在消费音频文档中经常混用,但 PCM 是更广的概念。差分 PCM、浮点 PCM 和经过压扩的电话语音 PCM 都属于脉冲编码调制的相关形式,却不一定属于通常所说的整数线性 PCM。
LPCM 只描述样本的编码表示,不规定文件扩展名、字节顺序、声道排列或元数据。WAVE、Broadcast Wave、AIFF、CAF、Matroska 和 MPEG 传输流都可以承载线性 PCM,但会以各自的方式标记位深、采样率和声道映射。相同的 LPCM 样本若采用不同字节序、填充或封装,文件二进制结构并不相同。
音频 CD 使用 44.1 kHz、16-bit 双声道线性 PCM,不过 CD-DA 按连续音频扇区和子码组织数据,并不是 WAVE 文件的集合。DVD-Video 可收录多种 48 或 96 kHz 的 LPCM 组合;DVD-Audio 又扩展到 44.1、88.2、176.4 和 192 kHz 等采样率,并允许 16、20 或 24-bit 量化。受光盘总码率限制,并非每一种最高采样率都能与最多声道同时使用。
Blu-ray 可将多声道 LPCM 直接复用到 BDMV 节目中,商业发行常见 48、96 或 192 kHz 以及 16 或 24-bit 音轨。其规格可支持最多八声道的高位深 PCM,但允许的最高采样率会随声道数和光盘应用限制变化。Blu-ray 菜单中的 PCM、Linear PCM、LPCM 或 Uncompressed PCM 通常指同一类未压缩音频表示。
数字设备也常把其他音频格式解码后以 LPCM 输出。播放器将 Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio、FLAC 或 AAC 解码后,通过 HDMI 或操作系统音频接口发送 PCM,并不表示源文件原本就是 LPCM。显示面板若只报告 PCM,通常反映当前接口上的传输格式,而不是完整说明介质中的原始编码。
采样率和位深限定数字表示的技术范围。根据采样理论,采样率必须高于待表示最高频率的两倍,实际系统还需要为滤波留出过渡带;位深则影响量化步长和理论信噪范围。更高数值可以提供更宽的制作余量,但不能修复带宽受限、削波、噪声较大或经过有损处理的源信号,也不能证明节目来自对应规格的原生录音。
FLAC、ALAC、MLP、Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio 等无损编码可以在不改变解码后 PCM 的前提下减少存储或传输数据量。它们与 LPCM 的差异主要在于码流组织和压缩方式,而不是解码结果必然不同。比较光盘音轨时,需要确认各版本是否来自相同混音和母带,不能只根据未压缩或无损压缩标签判断内容是否一致。