Die Pulse-Code-Modulation, abgekürzt PCM, ist ein Verfahren zur Umwandlung analoger Signale in digitale. Es handelt sich um eine einfache Codierung, bei der das Modulationssignal durch die Ziffern 0 und 1 dargestellt wird. Die Technik wird vor allem bei der Digitalisierung analoger Sprachsignale verwendet.

Wie funktioniert Pulse-Code-Modulation?

Darstellung einer klassischen Waveform nach PCM (Pulse-Code-Modulation)

Ausgangspunkt ist ein analoges Signal, beispielsweise von einer Audioquelle. Dieses Signal ist zeit- und wertekontinuierlich. Der PCM Prozess erfolgt in mehreren Stufen. Zunächst wird das analoge Signal in einem gleichmäßigen Takt wieder und wieder analysiert. Das geschieht etwa 8.000-mal pro Sekunde. Das analoge Signal wird dabei in eine 8-bit Wertigkeit umgewandelt. Dadurch entsteht alle 125 µs ein Abtastwert. Damit kann eine Übertragungsgeschwindigkeit bis 64 kbit/s und eine Frequenz bis 4 kHz erreicht werden. Jedem Signal wird eine begrenzte Anzahl eindeutig festgelegter Zustände zugeordnet, die in einem binären Zahlencode ausgedrückt werden. Das anfangs analoge, zeit- und wertekontinuierliche Signal wird durch das PCM Verfahren in ein zeit- und wertediskretes Signal umgewandelt, mit anderen Worten, es wird digitalisiert. Jedem Wertebereich wird ein bestimmtes Symbol zugeordnet, das kodiert wird. Dabei wird meistens der Binärcode benutzt.

Wann wurde das Verfahren entwickelt?

Die ersten Versuche fanden in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts in den Bell Labs in den USA statt. Nach dem Krieg wurden in Japan erste Aufnahmegeräte entwickelt, die PCM nutzen. Wenige Jahre später folgte die britische BBC. Ab 1971 gab es die ersten Digitalaufnahmen, die sich nach der Einführung der CD allmählich weltweit durchsetzten. In den Fernsprechnetzen begann die Digitalisierung in den sechziger Jahren. G 7.11 wurde 1969 zur internationalen Norm.

Wo wird das PCM Verfahren eingesetzt?

Das PCM Verfahren ist ein Standard, der von der Internationalen Fernmeldeorganisation in Genf zur digitalen Sprachübertragung festgelegt wurde. Die Pulse-Code-Modulation wurde im Standard G 7.11 festgelegt. Darüber hinaus wird das Verfahren auch zur Digitalisierung von Videosignalen verwendet. In der Audiotechnik bildet das PCM Verfahren die Grundlage für verschiedene Anwendungen. Am bekanntesten davon ist die Compact Disc (CD).

Welche Vorteile hat die Pulse-Code-Modulation?

Der größte Vorteil liegt in der geringen Störanfälligkeit des Verfahrens. Der Empfänger muss bei einem eingehenden Signal lediglich zwischen den Werten Null oder Eins unterscheiden. Dadurch können zufällig oder periodisch auftretende Störungen bei der Signalübertragung in der Praxis so gut wie ausgeschaltet werden.

Welche Nachteile gibt es?

Das Verfahren erfordert eine hohe Übertragungsrate der Daten. Bei einer Audio CD beträgt sie durchschnittlich 1,4 Mbit/s. Um den Umfang der zu übertragenden Daten zu verringern, werden sie in vielen neuen PCM Verfahren durch Quellcodierung komprimiert.

Fazit

Sinuswelle eines digitalen SignalsDank der Pulse-Code-Modulation (PCM) können Menschen nicht nur Musik in einer Qualität wie im Konzertsaal daheim im Wohnzimmer oder unterwegs genießen, sondern vor allem auch mit Teilnehmern in aller Welt Telefongespräche führen, ohne durch Störungen unterbrochen zu werden. Das PCM Verfahren hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der modernen, technisierten Welt geleistet.

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