Pulscodemodulation oder PCM ist eine digitale Darstellung einer analogen Wellenform. PCM ist das Standard-Audioformat für CDs, DVDs, Blu-ray-Discs und alle anderen digitalen Audioprodukte für Verbraucher. PCM ist mit jeder digitalen Audioquelle und jedem Prozessor kompatibel, der Glasfaser-, digitale Koaxial- und HDMI-Kabel verwendet, um die Signale zu übertragen.
Quantisierung
Quantisierung ist der Begriff, der das Aufnehmen einer großen Datenmenge und deren Umwandlung in eine kleinere Menge beschreibt. Analoges Audio würde beispielsweise, wenn es unkomprimiert auf eine CD aufgenommen wurde, viel mehr Speicherplatz beanspruchen, als die CD aufnehmen könnte. Als Ergebnis werden die Daten in Dateitypen quantisiert, die sauber auf ein digitales Medium wie eine CD passen. Die Quantisierung ist von Natur aus "verlustbehaftet", da sie weniger Informationen darstellt als das Original. Tricks, die bei der digitalen Kompression verwendet werden, verwerfen jedoch Daten, die Menschen schwer hören, insbesondere wenn sie durch gleichzeitig auftretende lautere Geräusche maskiert werden.
Nyquist-Theorie
PCM funktioniert, indem es die maximale Abtastrate der höchsten analogen Frequenz verdoppelt. PCM auf einer CD zum Beispiel sampelt bei 44,1 Kilohertz, etwas mehr als das 20 Kilohertz hohe Frequenzmaximum, das Menschen hören können. Die Notwendigkeit, die maximale Rate zu verdoppeln, trägt dazu bei, jegliche Komprimierung zu kompensieren, die auftreten muss, wenn Daten weggeworfen werden, um den physischen Speicherplatzbedarf zu decken. Ohne diese maximale Frequenz zu verdoppeln, treten Quantisierungsfehler auf, die mit Härte und einer insgesamt schlechten PCM-Audioqualität verbunden sind.
Bittiefe
An die Abtastrate gebunden ist die Bittiefe, die in Bits gemessene Datenmenge, die jede Abtastung umfasst. Bits werden umgangssprachlich als "Einsen und Nullen" bezeichnet, die binären Komponenten digitaler Informationen. Höhere Tiefe, kombiniert mit mehr Samples, entspricht PCM-Audio von höherer Qualität. Dies wird durch Erhöhen des Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht, das die Menge des Signals gegenüber dem Hintergrund- oder digitalen Rauschen bestimmt, das ansonsten eine saubere PCM-Sample-Aufzeichnung stört.
Abtastrate
Die Abtastrate definiert die Anzahl der digitalen Abtastungen der ursprünglichen analogen Wellenform in einer bestimmten Zeit, normalerweise pro Sekunde. Grob übersetzt sind höhere Abtastraten im Allgemeinen mit einer höheren Tonqualität verbunden. CDs verwenden eine PCM-Abtastrate von 44,1 Kilohertz, während höherwertige Formate wie DVD-Audio und Blu-ray Abtastraten von 192 Kilohertz verwenden. Höhere Abtastraten spiegeln die ursprünglichen analogen Informationen genauer wider, wodurch die digitale PCM-Version des Audios der ursprünglichen Master-Aufnahme getreuer wird.
