Cos'è pulse-code modulation?

Pulse-Code Modulation (PCM)

La Pulse-Code Modulation (PCM), traducibile in italiano come Modulazione a Codice di Impulsi, è un metodo utilizzato per rappresentare digitalmente segnali analogici campionati. È, in pratica, la forma standard di audio digitale nei computer, nei CD, nell'audio digitale e in altre applicazioni. Un flusso PCM è una rappresentazione digitale di un segnale analogico, dove l'ampiezza del segnale viene campionata a intervalli regolari e poi quantizzata a un livello di precisione digitale.

Il processo di PCM si articola in tre fasi principali:

Campionamento (https://it.wikiwhat.page/kavramlar/campionamento%20segnale): Il segnale analogico continuo nel tempo viene campionato a intervalli regolari. La frequenza di campionamento, misurata in Hertz (Hz), deve essere almeno il doppio della frequenza massima del segnale originale per evitare l'aliasing, secondo il teorema di Nyquist-Shannon. Ad esempio, per l'audio con una banda di frequenza massima di 20 kHz (udibile dall'orecchio umano), la frequenza di campionamento tipica è di 44.1 kHz (usata nei CD audio).
Quantizzazione (https://it.wikiwhat.page/kavramlar/quantizzazione%20segnale): L'ampiezza di ogni campione viene approssimata al valore più vicino tra un insieme discreto di livelli predefiniti. Il numero di livelli di quantizzazione determina la precisione della rappresentazione digitale. Un numero maggiore di livelli di quantizzazione si traduce in una maggiore precisione, ma anche in una maggiore quantità di dati. Il numero di livelli è spesso espresso in bit. Ad esempio, un PCM a 8 bit ha 256 livelli (2^8), mentre un PCM a 16 bit ha 65536 livelli (2^16).
Codifica (https://it.wikiwhat.page/kavramlar/codifica%20binaria): Ogni livello di quantizzazione viene codificato in un valore binario univoco. Questo valore binario rappresenta il campione digitalizzato.

Vantaggi del PCM:

Alta qualità: Offre un'alta fedeltà nella riproduzione del segnale originale, se utilizzato con frequenze di campionamento e profondità di bit adeguate.
Standard ampiamente supportato: È uno standard molto diffuso, ben supportato da hardware e software.
Semplice da implementare: Relativamente semplice da implementare rispetto ad altri metodi di codifica.

Svantaggi del PCM:

Elevata larghezza di banda: Richiede una larghezza di banda significativa, specialmente con frequenze di campionamento e profondità di bit elevate.
Non compresso: Solitamente non compresso, il che significa che occupa più spazio di archiviazione rispetto a formati compressi.

Varianti di PCM:

Esistono diverse varianti di PCM, tra cui:

Linear PCM (LPCM): La forma più semplice di PCM, in cui i livelli di quantizzazione sono distribuiti uniformemente.
Differential PCM (DPCM): Codifica la differenza tra campioni successivi, riducendo la ridondanza e migliorando l'efficienza.
Adaptive Differential PCM (ADPCM): Una forma di DPCM in cui il passo di quantizzazione viene regolato dinamicamente per adattarsi alle caratteristiche del segnale.