PCM

PCM steht für Puls-Code-Modulation und ist das wohl meistangewandte Verfahren mit dem analoge Signale digital erfasst werden können. Danach ist alles möglich. Von der Verschlüsselung mit Algorithmen wie bei GSM über die Nachbearbeitung mittels DSP bis hin zur "klassischen" PCM-Übertragung auf Telefonleitungen. Das Verfahren ist relativ simpel und basiert auf dem Abtasttheorem von Shannon.

Will man ein analoges Signal digital erfassen, so muss es zunächst abgetastet werden. 

Das heißt, dass das analoge Signal (z.B. Sprache) in zyklischen Abständen gemessen wird. Die Abstände zwischen den einzelnen Messungen nennt man Abtastzeit (tA).

Daraus ergibt sich nun eine Tabelle von Werten:

Nun werden die Werte auf- oder abgerundet. Anschließend quantisiert, das heißt, jedem Wert ein Binär-Wert zugewiesen.

 Nun kann das fertig digitalsierte Signal weiter verarbeitet werden. Zum Beispiel als serieller Bit-Strom mit immer einem Start-Bit und Stop-Bit:

...0000100001000010000100001000100001000010000100000100000000...

Aber auch eine Bearbeitung mit dem Computer ist möglich. So können die Daten gespeichert werden und später wiedergegeben werden (wav-file). 

Um das Signal nun wieder perfekt wiederzugeben, sei es als gespeichertes Wave-file oder an der anderen Seite der Telefon-Übertragung, muss der Decoder die selbe Quantisierungs-Tabelle verwenden wie der Encoder. Weiters muss die Abtast-Zeit bei der Decodierung verwendet werden um die decodierten werte wieder auszugeben, es sei denn man will das Signal z.B. doppelt so schnell wieder geben. Wenn nun die einzelnen Spannungen wiedergegeben werden, klafft eine "Schlucht" zwischen den einzelnen Werten. Diese wird meistens durch einen Kondensator oder allein durch die Trägheit der Spule des Lautsprechers verschliffen. Kritisch wird die Sache nur dann wenn das Signal nicht, für das Menschliche Ohr-bestimmt ist (digitaler-Oszillator). Hier entsteht aus den einzelnen Spannungspitzen, theoretisch unendlich viele neue Signale mir theoretisch unendlich verschieden Frequenzen. Dies kann zu Schwebungen führen und so zu Störungen.

Shannon stellte fest, dass ein Signal, welches nicht mindestens mit etwas mehr als der doppelten Frequenz als der höchsten im Signal vorkommenden Frequenz abgetastet wird, bei der Rückwandlung verzerrt oder im Extremfall gar nicht mehr zu z.B. hören ist.

In der internationalen Telefonie ist die höchste auftretende Frequenz bei 3,4 kHz. Das doppelte wäre also 6,8 kHz, man hat sich daher international auf 8kHz geeinigt.

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