線性脈衝編碼調製

LPCM

音訊編碼

以等時間間隔採樣並採用線性量化表示音頻波形的數字編碼方式,廣泛用於 CD、DVD、藍光光盤、數字接口和專業音頻文件。

詳細說明

LPCM(Linear Pulse Code Modulation,線性脈衝編碼調製)是一種以線性量化表示音頻信號的脈衝編碼調製形式。

模擬波形按固定時間間隔採樣,每個採樣值被量化為有符號的數字。採樣率決定每秒取得的樣本數量,位深決定每個樣本可使用的量化級數。

LPCM 通常不對樣本數據進行壓縮,也不利用聽覺模型刪除資訊。若不考慮封裝開銷,其數據率可按採樣率、每個樣本的位數和聲道數量相乘得到。例如雙聲道 44.1 kHz、16-bit LPCM 的數據率為 1,411.2 kbit/s;八聲道 96 kHz、24-bit LPCM 則需要 18.432 Mbit/s。數據量隨任一參數增加而線性上升。

“線性”指量化數值與信號幅度之間採用線性對應關係,用以區別 μ-law、A-law 等非線性壓擴 PCM。LPCM 與 PCM 在消費音頻文檔中經常混用,但 PCM 是更廣的概念。差分 PCM、浮點 PCM 和經過壓擴的電話語音 PCM 都屬於脈衝編碼調製的相關形式,卻不一定屬於通常所説的整數線性 PCM。

LPCM 只描述樣本的編碼表示,不規定文件擴展名、字節順序、聲道排列或元數據。WAVE、Broadcast Wave、AIFF、CAF、Matroska 和 MPEG 傳輸流都可以承載線性 PCM,但會以各自的方式標記位深、採樣率和聲道映射。相同的 LPCM 樣本若採用不同字節序、填充或封裝,文件二進制結構並不相同。

音頻 CD 使用 44.1 kHz、16-bit 雙聲道線性 PCM,不過 CD-DA 按連續音頻扇區和子碼組織數據,並不是 WAVE 文件的集合。DVD-Video 可收錄多種 48 或 96 kHz 的 LPCM 組合;DVD-Audio 又擴展到 44.1、88.2、176.4 和 192 kHz 等採樣率,並允許 16、20 或 24-bit 量化。受光盤總碼率限制,並非每一種最高採樣率都能與最多聲道同時使用。

Blu-ray 可將多聲道 LPCM 直接複用到 BDMV 節目中,商業發行常見 48、96 或 192 kHz 以及 16 或 24-bit 音軌。其規格可支持最多八聲道的高位深 PCM,但允許的最高採樣率會隨聲道數和光盤應用限制變化。Blu-ray 菜單中的 PCM、Linear PCM、LPCM 或 Uncompressed PCM 通常指同一類未壓縮音頻表示。

數字設備也常把其他音頻格式解碼後以 LPCM 輸出。播放器將 Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio、FLAC 或 AAC 解碼後,通過 HDMI 或操作系統音頻接口發送 PCM,並不表示源文件原本就是 LPCM。顯示面板若只報告 PCM,通常反映當前接口上的傳輸格式,而不是完整説明介質中的原始編碼。

採樣率和位深限定數字表示的技術範圍。根據採樣理論,採樣率必須高於待表示最高頻率的兩倍,實際系統還需要為濾波留出過渡帶;位深則影響量化步長和理論信噪範圍。更高數值可以提供更寬的製作餘量,但不能修復帶寬受限、削波、噪聲較大或經過有損處理的源信號,也不能證明節目來自對應規格的原生錄音。

FLAC、ALAC、MLP、Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio 等無損編碼可以在不改變解碼後 PCM 的前提下減少存儲或傳輸數據量。它們與 LPCM 的差異主要在於碼流組織和壓縮方式,而不是解碼結果必然不同。比較光盤音軌時,需要確認各版本是否來自相同混音和母帶,不能只根據未壓縮或無損壓縮標籤判斷內容是否一致。