펄스 부호 변조

脉冲编码调制(펄스-코드 변조, PCM)은 연속적인 시간 및 진폭을 가진 아날로그 신호를 이산적인 디지털 값으로 변환하는 방법입니다. 인코딩 과정은 일반적으로 대역 제한, 고정 주파수 샘플링, 각 샘플을 유한한 양자화 단계에 매핑하고 양자화 결과를 이진수로 표현하는 단계를 포함하며, 재생 시에는 아날로그-디지털 변환과 재구성 필터를 통해 연속 신호를 복원합니다. PCM은 특정 파일 형식이나 광학 디스크에 국한되지 않으며, 디지털 전화, 녹음 워크스테이션, CD, DVD, 블루레이 및 컴퓨터 오디오 등 다양한 매체에서 서로 다른 매개변수를 가진 PCM을 사용할 수 있습니다.

샘플링 속도는 초당 몇 개의 샘플을 획득하는지를 나타내며, 비트 심도는 각 샘플에 사용할 수 있는 양자화 단계의 수를 나타냅니다. 압축되지 않은 정수 PCM의 경우, 원시 데이터 전송률은 샘플링 주파수, 유효 비트 수 및 채널 수를 곱하여 구할 수 있습니다. 예를 들어, CD-DA의 스테레오 44.1 kHz, 16비트 PCM은 1,411.2 kbit/s입니다. 샘플링 주파수를 높이면 표현 가능한 주파수 범위가 넓어지고, 비트 심도를 높이면 이상 양자화 잡음이 줄어들며 표현 가능한 동적 범위가 증가합니다. 실제 시스템은 아날로그 회로, 클럭, 필터링, 지터 처리 및 녹음 레벨의 영향을 받습니다.

“PCM”은 샘플 값의 표현 원리를 설명할 뿐, 바이트 순서, 정수 또는 부동 소수점 형식, 부호 방식, 채널 배열 및 파일 캡슐화에 대해서는 완전히 설명하지 않습니다. WAVE, AIFF, CAF, MXF 등의 컨테이너는 모두 PCM을 저장할 수 있습니다. 외부 매개변수가 없는 순수 PCM의 경우, 플레이어는 일반적으로 데이터만으로는 샘플링 속도, 비트 심도 및 채널 수를 판단할 수 없습니다. 선형 PCM(LPCM)은 균등 간격의 양자화 단계를 사용하며, 음악 및 영상 제작에서 가장 흔히 사용되는 형식입니다. 전화 시스템의 A-law와 μ-law는 비선형 규칙에 따라 신호를 압축 및 확장한 후 처리하며, 이 역시 脉冲编码调制 체계에 속합니다.

PCM은 데이터 압축 없이 직접 저장될 수 있을 뿐만 아니라, FLAC, ALAC, MLP 등의 무손실 인코딩의 입력으로 사용되거나, MP3, AAC, Dolby Digital 등의 손실 인코딩 전후에서 작업 신호로 활용될 수도 있습니다. 손실 압축 오디오를 디코딩하여 PCM을 얻는다고 해서 원래 버려졌던 정보가 복원된 것은 아닙니다. 이는 단지 디코더가 압축된 코드 스트림을 재생 및 처리가 가능한 샘플 시퀀스로 복원했다는 것을 의미할 뿐입니다.

디지털 오디오 처리에서는 고정 소수점 PCM과 부동 소수점 PCM도 흔히 사용됩니다. 정수형 포맷의 풀 스케일 범위는 명확하며, 정수 오버플로가 발생하면 클리핑이 발생합니다. 부동소수점 포맷은 워크스테이션 내부에서 더 큰 연산 여유를 제공하여 믹싱 및 플러그인 처리에 편리하지만, 최종적으로 대부분의 소비자용 인터페이스나 물리적 매체로 출력될 때는 대개 규정된 정수형 포맷으로 변환됩니다. PCM의 매개변수와 데이터 내용은 별도로 판단해야 하며, 24비트 파일은 24비트보다 낮은 유효 정밀도의 신호를 저장할 수 있고, 비트 심도만으로는 녹음 품질을 입증할 수 없습니다.