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IT（情報技術）用語辞典
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2008/04/19 日記

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。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（デジタルマイクロカセット|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PCM信号のデータ量を圧縮するものにADPCMがある。

用途


  • 音声・映像のデジタル記録 :CD-DAやDAT・ミニディスク|MD・DVD-Video・DVD-Audio・BDMV・BDAVなど
  • 音声・映像のデジタル伝送 :デジタル放送・ISDNなど
  • 遠隔監視・計測・制御のデータ転送方式

    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と組み合わせて高忠実度音楽録音等に用いられた。DATは機能的にはPCMプロセッサとビデオテープレコーダ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も複数チャンネルの再生が、再生周波数・音量が固定されているハードウェアでも任意周波数・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音源を鳴らすようなものである。
    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。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。かつてはCPUパワーの100%近くを必要としたが、現在では環境によっては1%未満でも可能である(CPUの速度向上による)。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あげられる。一方ソフトPCMをほとんど利用しないのはプレイステーション2などである、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固定化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ビープ音|BEEPやProgrammable Sound Generator|PSG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


    音楽CD、DVD-Audio、一部のDVD、ブルーレイディスク、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。LPCMやPCM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、ロスレスと同レベルの高音質を持つ。*音楽CD
    :サンプリング周波数（標本化の回数）44.1kHz、量子化信号数16bit（2^16）＝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。2chのものが一般的。*ブルーレイディスク
    :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年現在殆どのものは5.1chまである。最高転送レートは18Mbpsで固定式。
    :圧縮を行わない分、同様にロスレスサウンドであるドルビーデジタル|Dolby True HDやDTS|DTS-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。
    [http://www.dolby.co.jp/consumer/technology/dolby_truehd.html][http://www.stereosound.co.jp/hivi/detail/newsheadline_1161.html]
    :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アンプの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。
    :なお、HD DVDでは5.1ｃｈ、13.5Mbpsが上限であった。

    雑音


  • 量子化雑音
    PCM音声では構造上、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。これを出来るだけ抑えるためには、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


  • 符号化方式
  • 誤り検出訂正
  • 適応的差分パルス符号変調|ADPCM
  • 生録
  • クリップレベル


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