การกล้ำรหัสของพัลส์

การกล้ำรหัสของพัลส์ (อังกฤษ: Pulse Code Modulation) คือรูปแบบหนึ่งของกระบวนการบันทึกสัญญาณอนาลอกในรูปแบบดิจิทัลซึ่งมีการใช้งานแพร่หลายในระบบต่างๆ เช่นคอมพิวเตอร์,แผ่นซีดี,การฟังเพลงผ่านอินเทอร์เน็ตหรือโทรศัพท์พื้นฐานในปัจจุบัน โดยข้อมูลที่ถูกจัดเก็บแล้วจะประกอบไปด้วยสองส่วนหลักๆ คือ แอมพลิจูดและความถี่ของการจัดเก็บสัญญาณ ลักษณะการทำงานของการเข้ารหัสแบบนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอน ได้แก่ การแซมปลิง (sampling) การทำควอนไทซ์ (quantization) และการเข้ารหัสไบนารี (binary encoding)

ตัวอย่างการเปรียบเทียบสัญญาณอนาลอก(สีแดง)กับสัญญาณดิจิทัลในรูปPCM(สีน้ำเงิน)โดยใช้อัตราการแซมปลิง26ครั้ง ครั้งละ4บิต

การแซมปลิง สัญญาณเสียงซึ่งอยู่ในรูปของสัญญาณแอนาล็อกจะถูกสุ่มค่าอย่างต่อเนื่องสม่ำเสมอด้วยอัตราคงที่ค่าหนี่ง ซึ่งตามทฤษฎีบทของไนควิสต์ (Nyquist's theorem) แล้วจะต้องทำการสุ่มด้วยอัตราที่มีค่าอย่างน้อยเป็น 2 เท่าของความถี่สูงสุดของสัญญาณเสียงเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา aliasing เนื่องจากสัญญาณ เสียงมีองค์ประกอบความถี่อยู่ระหว่าง 300-3400Hz ฉะนั้นอัตราการสุ่มมาตรฐานที่เลือกใช้กันทั่วไปมีค่าเท่ากับ 8000Hz ให้สังเกตว่าขั้นตอนการแซมปลิง เปรียบเสมือนการแปลงสัญญาณที่มีค่าต่อเนื่องทางเวลาไปเป็นสัญญาณที่มีลักษณะเป็นดิสครีตทางเวลา
ในอุตสาหกรรมดนตรีจะนิยมทำแซมปลิงที่ความถี่ 44.1kHz เนื่องจากอัตราการสุ่มจะเป็นสองเท่าของความถี่สูงสุดที่มนุษย์สามารถได้ยินพอดี จึงทำให้เสียงที่ไม่มีการตกหล่นใดๆ ในทางทฤษฎี
ส่วนอุตสาหกรรมภาพยนตร์จะทำแซมปลิงที่ความถี่ 48kHz เนื่องจากสามารถหารได้ลงตัวกับจำนวนเฟรมของภาพ
สำหรับห้องอัดหรือสตูดิโอจะมีการทำแซมปลิงที่ความละเอียดสูงกว่านั้นเพื่อใช้สำหรับการตัดแต่งเสียง ความถี่ที่ใช้จะมีตั้งแต่ 88.2kHz 96kHz 192kHz 384kHz หรือสูงยิ่งกว่านั้น แต่เมื่อชิ้นงานทำเสร็จแล้วก็มักวางจำหน่ายในความถี่ที่ต่ำลง เนื่องด้วยขนาดไฟล์ที่เล็กกว่า ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้นก็เริ่มมีความต้องการไฟล์ที่มีความละเอียดสูงเหล่านี้จากกลุ่มผู้ที่ฟังเพลงจริงจัง จึงเริ่มเห็นไฟล์ที่มีอัตราแซมปลิงสูงๆเหล่านี้วางจำหน่าย แม้จะมีข้อถกเถียงกันว่าประสาทหูของมนุษย์จะสามารถแยกแยะความแตกต่างเหล่านี้ได้จริงหรือเปล่าก็ตาม

การทำควอนไทเซชัน เป็นการนำค่าแอมพลิจูดของสัญญาณที่สุ่มได้ในแต่ละเวลามาแปลงให้เป็นค่าดิสครีต กล่าวคือ จะมีการแบ่งระดับแอมพลีจูดของสัญญาณออกเป็นช่วงเล็ก ๆ ขนาดเท่ากัน โดยช่วงของระดับสัญญาณที่กำหนดขึ้นจะต้องครอบคลุมขนาดแอมพลิจูดของสัญญาณที่เป็นไปได้ทั้งหมด

การเข้ารหัสไบนารี ซึ่งมีหน้าที่ในการแทนช่วงระดับการควอนไทซ์ของสัญญาณแต่ละช่วงด้วยชุดบิตไบนารี ทั้งนี้เพื่อแทนค่าของสัญญาณที่มีแอมพลิจูดตกอยู่ภายในช่วงระดับ สัญญาณแต่ละช่วงหรือค่าของสัญญาณที่ผ่านการควอนไทซ์แล้วด้วยชุดตัวเลขไบนารี

อ้างอิง

1. ศัพท์บัญญัติราชบัณฑิตยสถาน สาขาเทคโนโลยีสารสนเทศ ๑๑ มี.ค. ๒๕๔๕
2. https://secure.aes.org/forum/pubs/conventions/?ID=416

ลัญฉกร วุฒิสิทธิกุลกิจ. หลักการระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่. กรุงเทพมหานคร: สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2546.^[]