パルス符号変調

脉冲编码调制（パルス符号変調、PCM）は、連続時間・連続振幅のアナログ信号を離散的なデジタル値に変換する手法である。符号化プロセスには通常、帯域制限、固定周波数でのサンプリング、各サンプルを有限の量子化段階にマッピングすること、および量子化結果を2進数で表現することが含まれます。再生時には、D/A変換と再構成フィルタリングによって連続信号が復元されます。PCMは特定のファイル形式やディスクに限定されるものではなく、デジタル電話、レコーディングワークステーション、CD、DVD、Blu-ray、およびコンピュータオーディオなど、さまざまな環境で異なるパラメータのPCMが採用されています。

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表し、ビット深度は各サンプルで使用可能な量子化段階の数を表します。非圧縮の整数PCMの場合、元のデータレートはサンプリングレート、有効ビット数、およびチャンネル数の積として算出できます。例えば、CD-DAのステレオ44.1 kHz、16ビットPCMの場合は1,411.2 kbit/sとなります。サンプリングレートを上げると表現可能な周波数範囲が広がり、ビット深度を上げると理想的な量子化ノイズが低減され、表現可能なダイナミックレンジが広がります。実際のシステムでは、アナログ回路、クロック、フィルタリング、ジッター処理、録音レベルの影響も受けます。

「PCM」はサンプリング値の表現原理を説明するものであり、バイト順、整数または浮動小数点形式、符号の有無、チャンネル配置、ファイル形式については完全に記述しているわけではありません。WAVE、AIFF、CAF、MXF などのコンテナ形式はいずれも PCM を保存できる。外部パラメータがない「裸の PCM」の場合、プレーヤーは通常、データのみからサンプリングレート、ビット深度、チャンネル数を判断することはできない。線形PCM（LPCM）は等間隔の量子化段階を使用し、音楽や映像制作において最も一般的な形式です。一方、電話システムにおけるA-lawやμ-lawは、まず非線形なルールで信号を圧縮・拡張しますが、これらも脉冲编码调制体系に属します。

PCMは、データ圧縮を行わずに直接保存できるほか、FLAC、ALAC、MLPなどのロスレス符号化の入力として、あるいはMP3、AAC、ドルビーデジタルなどのロス有符号化の前後に作業信号として使用することもできます。ロス有音声をデコードしてPCMを得たとしても、もともと破棄された情報が復元されたことを意味するわけではない。それは単に、デコーダーが圧縮されたビットストリームを、再生や処理が可能なサンプリングシーケンスに復元したことを示すに過ぎない。

デジタルオーディオ処理では、固定小数点PCMと浮動小数点PCMもよく見られる。固定小数点形式ではフルスケールの範囲が明確であり、整数オーバーフローが発生するとクリッピングが生じます。浮動小数点形式はワークステーション内部でより大きな演算余地を提供し、ミキシングやプラグイン処理に適していますが、最終的に多くの民生用インターフェースや物理メディアに出力する際には、通常、規定の整数形式に変換されます。PCMのパラメータとデータ内容は別々に判断すべきであり、24ビットのファイルであっても24ビット未満の有効精度の信号が保存されている場合があり、ビット深度だけで録音品質を判断することはできない。