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PCM とは?

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AM | SSB | FM | PM

出典: 『ウィキペディア(Wikipedia)』


PCMはてなダイアリーを別ウィンドウで表示  :  Pulse Code Modulationの略。 音声等の連続して変化する量を離散化する方法の一つ。 ある一定間隔で量を測定し、その量を数値化する。この間隔をサンプリング周波数と呼び、量を数値化する際使うビット数を量子化ビット数と呼ぶ。 例として音楽CDではサンプリング周波数44.1kHz、量子化ビット数16bitである。

出典: 『はてなダイアリー』


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ウィキペディア(Wikipedia)記事


変調方式
アナログ変調

AM | SSB | FM | PM

デジタル変調

OOK | ASK | PSK | FSK | QAM | APSK
DM | MSK | CCK | CPM | OFDM

パルス変調

PWM | PAM | PDM | PPM | PCM

スペクトラム拡散

FHSS | DSSS

関連項目: 復調
Sampling and quantization of a signal (red) for 4-bit PCM

パルス符号変調(パルスふごうへんちょう)、PCM (pulse code modulation) は、音声などのアナログ信号をパルス列に変換するパルス変調の一つである。

目次

概要

PCMはアナログ信号を標本化(サンプリング)・量子化し、得られた信号の大きさを二進の数値データとして表現する。このため、他のパルス変調法に比べ、計算機による処理を行いやすい利点がある。音声記録用には線形量子化以外にも、折線量子化(NT)、対数量子化(DATのLPモード)が利用されており、これらは人間の聴覚系の特性を利用して実用性を維持しながらデータ量を削減している(マスキング効果ともヴェーバー‐フェヒナーの法則とも解釈できる)。差分符号化と量子化幅の適応的制御により、品質を落とさずにPCM信号のデータ量を圧縮するものにADPCMがある。

用途

PCMプロセッサ

音声信号をビデオ信号に、あるいは逆に変換する装置。音声信号のPCM符号化と、PCM信号のNTSC等への変換を行う。統一規格があり、かつては民生用機器も発売され、ビデオテープレコーダーと組み合わせて高忠実度音楽録音等に用いられた。例えばDATは、機能的にはPCMプロセッサとビデオテープレコーダーを小型化し一体化したものである。

PCM音源

PCMデータをDA変換装置によって変換することで音を再生する装置をPCM音源という。サンプラーサンプリング音源と呼ばれることもある。

ソフトウェアPCM

音声データをソフトウェア的に加工・合成する技術。1チャンネルしかないハードウェアでの複数チャンネルの再生、再生周波数・音量が固定されているハードウェアでの任意周波数・音量の再生が可能である。ソフト側から見ると、任意の個数・性能の仮想PCM音源を鳴らす形となる。

CPUのクロックが数MHzしかないような時代から存在する技術(高度なプログラム技術による)であるが、近年CPUの大幅な処理速度向上により、よりリッチな表現が可能になった(2008年現在、環境にも因るがCPU占有率1%未満)。DirectXで音声データに音階を付与する機能、ソフトウェアMIDI音源などは、いずれもこの技術により成り立っている。家庭用ゲーム機でソフトPCMを利用しているものの代表として、ゲームボーイアドバンスが挙げられる。一方、ソフトPCMをほとんど利用しないゲーム機にはプレイステーション2などがある、これはPS~PS2において、ハードウェアPCMまたはストリーミング再生というスタイルがほぼ確立しているためである。

非PCM音源によるソフトウェアPCM(シンセサイザー)

MSXなど、標準でPCM音源を持たないハードでも、BEEPPSGなどでソフト的にPCM再生を実現することもあった。X68000のYM2151(FM音源)を利用したソフトPCMも存在し、45KHzというCD-DA以上の高サンプリング周波数を実現している。

リニアPCM

CD-DADVD-Audio、一部のDVDBlu-ray Discプレイステーション3ゲームソフトで用いられる音声方式の一種。Linearは「直線状の」「無圧縮の」意。LPCMPCMとも表記される。サンプリング周波数や量子化bit数が大きいほど高音質(原音に近い)となる。非圧縮音声であるため、音質の劣化がない。

CD-DA
サンプリング周波数(標本化の回数)44.1kHz、量子化信号数16bit(216)=0~65535段。ステレオ2ch。
DVD
非必須。転送レートは最大1.5Mbps、チャンネル数はステレオ2chが上限である。
DVD-Audio
高音質CD。最大サンプリング周波数192kHz、量子化24bit。チャンネル数はステレオ2chのものが一般的。
Blu-ray Disc
サンプリング周波数48/96/192kHz(2ch時のみ)、量子化信号数16bit、チャンネル数は7.1chが上限だが、2008年現在、殆どのソフトウェアは5.1chである。最高転送レートは18Mbpsで固定式(比較対象としてHD DVDでは5.1ch、13.5Mbpsが上限)。
圧縮を行わない分、同様にロスレスサウンドであるDolby True HDDTS-HD Master Audioと比べて計算(エンコード・デコード)は簡単になるが、帯域は増えてしまう特性がある[1][2]
再生には、LPCMマルチチャンネル出力に対応したBDプレイヤーと再生に対応したAVアンプHDMIケーブルでの接続が必須となる。DVDプレイヤーで一般的であった光デジタルケーブルでのLPCM音声出力は2chまでとなる。

雑音

量子化雑音
PCM音声では原理上、量子化する際に音の高低の差異によるひずみが発生してしまうことがある。これを抑えるためには、量子化bit数を増やす必要がある。
折り返し雑音
最低でも、音声周波数の2倍以上のサンプリング周波数を持たない限り、高音の標本化を上手く行えないことがある。このため、サンプリング周波数はより高周波であるほど、高音も忠実に再現することができる。

関連項目


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