LPCM

LPCM(Linear Pulse Code Modulation, 线性脉冲编码调制)은 선형 양자화를 통해 오디오 신호를 표현하는 펄스 부호 변조 방식입니다.

아날로그 파형은 고정된 시간 간격으로 샘플링되며, 각 샘플 값은 부호 있는 숫자로 양자화됩니다. 샘플링 주파수는 초당 획득되는 샘플 수를 결정하고, 비트 심도는 각 샘플에 사용할 수 있는 양자화 단계 수를 결정합니다.

LPCM은 일반적으로 샘플 데이터를 압축하지 않으며, 청각 모델을 이용하여 정보를 제거하지도 않습니다. 포장 오버헤드를 고려하지 않을 경우, 데이터 전송률은 샘플링 주파수, 샘플당 비트 수 및 채널 수를 곱하여 구할 수 있습니다. 예를 들어, 2채널 44.1 kHz, 16비트 LPCM의 데이터 전송률은 1,411.2 kbit/s이며, 8채널 96 kHz, 24비트 LPCM의 경우 18.432 Mbit/s가 필요합니다. 데이터 양은 어떤 매개변수가 증가하든 선형적으로 증가합니다.

“선형”이란 양자화 값과 신호 진폭 사이에 선형 대응 관계가 적용됨을 의미하며, μ-law, A-law 등과 같은 비선형 압축·확장 PCM과 구별하기 위해 사용됩니다. LPCM과 PCM은 소비자용 오디오 문서에서 종종 혼용되지만, PCM은 더 광범위한 개념입니다. 차분 PCM, 부동소수점 PCM 및 압축·확장 처리된 전화 음성 PCM은 모두 펄스 부호 변조의 관련 형태에 속하지만, 일반적으로 말하는 정수 선형 PCM에 반드시 속하는 것은 아닙니다.

LPCM은 샘플의 부호화 표현만을 기술하며, 파일 확장자, 바이트 순서, 채널 배열 또는 메타데이터를 규정하지 않습니다. WAVE, Broadcast Wave, AIFF, CAF, Matroska 및 MPEG 전송 스트림은 모두 선형 PCM을 담을 수 있지만, 비트 심도, 샘플링 주파수 및 채널 매핑을 각기 다른 방식으로 표기합니다. 동일한 LPCM 샘플이라도 바이트 순서, 패딩 또는 캡슐화가 다르면 파일의 이진 구조는 서로 다릅니다.

오디오 CD는 44.1 kHz, 16비트 스테레오 선형 PCM을 사용하지만, CD-DA는 연속적인 오디오 섹터와 서브코드로 데이터를 구성하며, 단순히 WAVE 파일의 모음이 아닙니다. DVD-Video는 48 또는 96 kHz의 다양한 LPCM 조합을 수록할 수 있습니다. DVD-Audio는 44.1, 88.2, 176.4 및 192 kHz 등의 샘플링 주파수로 확장되었으며, 16, 20 또는 24비트 양자화를 허용합니다. 디스크의 총 비트율 제한으로 인해, 모든 최고 샘플링 주파수에서 최대 채널 수를 동시에 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

블루레이는 다중 채널 LPCM을 BDMV 프로그램에 직접 다중화할 수 있으며, 상용 출시물에서는 48, 96 또는 192 kHz 및 16 또는 24비트 오디오 트랙이 흔히 사용됩니다. 이 규격은 최대 8채널의 고비트 심도 PCM을 지원하지만, 허용되는 최대 샘플링 주파수는 채널 수와 디스크 적용 제한에 따라 달라집니다. 블루레이 메뉴에서 PCM, Linear PCM, LPCM 또는 Uncompressed PCM은 일반적으로 동일한 종류의 비압축 오디오 형식을 의미합니다.

디지털 기기는 종종 다른 오디오 형식을 디코딩한 후 LPCM으로 출력하기도 합니다. 플레이어가 Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio, FLAC 또는 AAC를 디코딩한 후 HDMI나 운영 체제 오디오 인터페이스를 통해 PCM을 전송한다고 해서, 원본 파일이 원래 LPCM이었다는 의미는 아닙니다. 디스플레이 패널에 PCM만 표시되는 경우, 이는 일반적으로 현재 인터페이스를 통해 전송되는 포맷을 나타낼 뿐, 매체에 포함된 원본 인코딩을 완전히 설명하는 것은 아닙니다.

샘플링 속도와 비트 심도는 디지털 신호의 기술적 범위를 제한합니다. 샘플링 이론에 따르면, 샘플링 속도는 표현하려는 최고 주파수의 두 배보다 높아야 하며, 실제 시스템에서는 필터링을 위해 통과 대역을 확보해야 합니다. 비트 심도는 양자화 단계와 이론적 신호 대 잡음비 범위에 영향을 미칩니다. 더 높은 수치는 더 넓은 제작 여유를 제공할 수 있지만, 대역폭이 제한되거나 클리핑이 발생했거나 잡음이 많거나 손실 압축 처리를 거친 원본 신호를 복구할 수는 없으며, 프로그램이 해당 사양의 원본 녹음에서 비롯되었다는 것을 증명할 수도 없습니다.

FLAC, ALAC, MLP, Dolby TrueHD 및 DTS-HD Master Audio와 같은 무손실 인코딩은 디코딩 후 PCM을 변경하지 않으면서 저장 또는 전송 데이터 양을 줄일 수 있습니다. 이들 포맷과 LPCM의 차이는 주로 비트스트림 구성과 압축 방식에 있으며, 디코딩 결과가 반드시 다른 것은 아닙니다. CD 오디오 트랙을 비교할 때는 각 버전이 동일한 믹스와 마스터 테이프에서 비롯된 것인지 확인해야 하며, 단순히 ‘비압축’ 또는 ‘무손실 압축’이라는 표기만 보고 내용이 일치하는지 판단해서는 안 됩니다.