LPCM

LPCM（Linear Pulse Code Modulation、线性脉冲编码调制）は、音声信号を線形量子化によって表現するパルス符号変調の一種である。

アナログ波形は一定の間隔でサンプリングされ、各サンプリング値は符号付き数値に量子化されます。サンプリングレートは1秒あたりに取得されるサンプル数を決定し、ビット深度は各サンプルで使用可能な量子化段階数を決定します。

LPCMでは通常、サンプルデータの圧縮は行われず、聴覚モデルを利用して情報を削除することもありません。カプセル化のオーバーヘッドを考慮しない場合、そのデータレートは、サンプリングレート、各サンプルのビット数、およびチャンネル数の積として算出されます。例えば、2チャンネル、44.1 kHz、16ビットのLPCMのデータレートは1,411.2 kbit/sです。8チャンネル、96 kHz、24ビットのLPCMでは18.432 Mbit/sが必要となる。データ量は、いずれかのパラメータが増加するにつれて線形に増加する。

「線形」とは、量子化値と信号振幅の間に線形な対応関係が採用されていることを指し、μ-lawやA-lawなどの非線形圧縮・拡張PCMと区別するために用いられる。LPCMとPCMは民生用オーディオ文書においてしばしば混用されるが、PCMの方がより広範な概念である。差分PCM、浮動小数点PCM、および圧縮・拡張処理が施された電話音声用PCMは、いずれもパルス符号化変調（PCM）の関連形式に属するが、必ずしも一般に言われる整数線形PCMに該当するとは限らない。

LPCMはサンプルの符号化表現のみを規定しており、ファイル拡張子、バイト順、チャンネル配置、またはメタデータについては規定していない。WAVE、Broadcast Wave、AIFF、CAF、Matroska、およびMPEGトランスポートストリームはいずれもリニアPCMを格納できますが、ビット深度、サンプリングレート、およびチャンネルマッピングはそれぞれ独自の方法でマークされます。同じLPCMサンプルであっても、バイト順、パディング、またはカプセル化が異なれば、ファイルのバイナリ構造は異なります。

オーディオCDは44.1 kHz、16ビットのステレオリニアPCMを使用していますが、CD-DAは連続したオーディオセクタとサブコードに基づいてデータを構成しており、WAVEファイルの集合体ではありません。DVD-Videoには、48 kHzまたは96 kHzのさまざまなLPCMの組み合わせを収録できます。DVD-Audioでは、サンプリングレートが44.1、88.2、176.4、192 kHzなどに拡張され、16、20、または24ビットの量子化が可能となっている。ディスクの総ビットレートに制限があるため、すべての最高サンプリングレートで最大チャンネル数を同時に使用できるわけではありません。

ブルーレイでは、マルチチャンネルLPCMをBDMVプログラムに直接マルチプレックスすることができ、市販版では48、96、または192 kHz、および16または24ビットのオーディオトラックが一般的です。その仕様では最大8チャンネルの高ビット深度PCMをサポートしているが、許容される最高サンプリングレートはチャンネル数やディスクの用途による制限によって異なる。ブルーレイメニューにおける「PCM」、「Linear PCM」、「LPCM」、または「Uncompressed PCM」は、通常、同じ種類の非圧縮オーディオを表す。

デジタル機器は、他のオーディオフォーマットをデコードした後、LPCMとして出力することもよくあります。プレーヤーがDolby TrueHD、DTS-HD Master Audio、FLAC、またはAACをデコードし、HDMIやOSのオーディオインターフェースを介してPCMを送信しても、ソースファイルがもともとLPCMであったことを意味するわけではありません。ディスプレイパネルに「PCM」と表示される場合、それは通常、そのインターフェースでの伝送フォーマットを示しているだけであり、メディア内の元のエンコード形式を完全に説明しているわけではありません。

サンプリングレートとビット深度は、デジタル表現の技術的範囲を決定します。サンプリング理論によれば、サンプリングレートは表現対象となる最高周波数の2倍以上である必要があり、実際のシステムではフィルタリングのための移行帯域を確保する必要があります。ビット深度は、量子化ステップと理論上の信号対雑音比の範囲に影響を与えます。数値が高いほど制作上の余裕は広がりますが、帯域幅の制限、クリッピング、ノイズの多い、あるいは非可逆処理が施されたソース信号を修復することはできず、また、その番組が対応する規格のネイティブ録音に由来することを証明するものでもありません。

FLAC、ALAC、MLP、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio などのロスレスエンコーディングは、デコード後の PCM を変更することなく、保存や伝送に必要なデータ量を削減できる。これらが LPCM と異なる点は、主にビットストリームの構成や圧縮方式にあり、デコード結果が必ずしも異なるわけではない。CDのオーディオトラックを比較する際は、各バージョンが同一のミキシングおよびマスターテープに由来するかどうかを確認する必要があり、単に「非圧縮」や「ロスレス圧縮」というラベルだけで内容が一致しているかどうかを判断することはできません。