【知識:ネットワーク】波を数字に変える！「パルス符号変調（PCM）」｜情報処理問題1000本ノック

私たちが普段使っている電話や音楽ストリーミングは、アナログ信号（音の波）をデジタル信号（0と1）に変換することで実現されています。その中核技術であるPCMの3ステップを攻略しましょう。

■ PCM（Pulse Code Modulation）の変換プロセス

アナログ波形をデジタル化する際には、以下の順序で処理が行われます。

1. 標本化（サンプリング / Sampling）

連続的なアナログ波形を、一定の時間間隔ごとに区切って、その時点の値を計測します。
※どれだけ細かく区切るかを「サンプリング周波数」と呼びます。

2. 量子化（Quantization）

標本化で得られた連続的な値を、あらかじめ決めた段階的な整数値（近似値）に当てはめます。
※この段階を細かくするほど、元の波形に近い「高音質」になりますが、データ量も増えます。

3. 符号化（コーディング / Coding）

量子化された数値を、「0」と「1」のバイナリ（2進数）データに変換します。これにより、コンピュータでの処理や通信路での伝送が可能になります。

■ 効率的な変調方式：デルタ変調

通常のPCMは各時点の値をそのまま送りますが、データ量を節約するための応用方式が存在します。

【デルタ変調（Delta Modulation）の特徴】

■ 仕組み
・値をそのまま送るのではなく、「一つ前の値と比較して、大きければ1、小さければ0」という「差分（変化）」のみを記録・伝送する方式です。

■ メリット
・各サンプルを1ビットで表現できるため、構成がシンプルになり、データ量を大幅に抑えることができます。

試験対策の重要ポイント：標本化定理

元の波形を正しく復元するためには、「再現したい最高周波数の2倍以上の速さ」でサンプリングする必要があります。例えば、人間の耳に聞こえる上限の20kHzを再現するために、CDは44.1kHzでサンプリングされています。

※PCMは「映画のフィルム（一瞬を切り取って繋げる）」、デルタ変調は「階段を1段上がるか下がるかだけを指示する」イメージで捉えると、仕組みの違いが理解しやすくなります。