Le codage PCM (ou MIC, Modulation par Impulsions et Codage) est utilisé par le réseau numérique à intégration de services (RNIS ou ISDN, Integrated Services Digital Network).
PCM est basé sur un échantillonnage préalable, suivi d'une quantification non uniforme privilégiant les amplitudes faibles relativement aux grandes amplitudes. Le but final est de rendre le rapport signal-sur-bruit de quantification pratiquement constant sur une dynamique de 40 dB. Ce rapport devrait en principe être meilleur que 38 dB sur l'intégralité de la dynamique.
On peut montrer, mathématiquement, qu'un codage selon une loi uniforme entraîne une quantification à 12 bits (ou 4096 niveaux). En relation avec la fréquence d'échantillonnage nécessaire, qui est de 8 kHz, ceci entraîne un débit de 96 kbit/s pour une simple conversation téléphonique; ceci est jugé excessif. Le codage non uniforme utilisé par PCM permet de réduire ce débit à 64 kbit/s, et corollairement, se contente de 8 bit (ou 256 niveaux) pour le codage.
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La loi A, représentée ci-contre, se compose de 13 segments symétriques relativements à l'origine, le taux de compression est de 16, ce qui correspond à une quantification équivalent sur 12 bit, alors que dans la partie supérieure de la caractéristique est de 1:4, soit une quantification équivalente à 6 bit. |
La loi A implémente une caractéristique
logarithmique par une suite de segments linéaires. Le rapport
signal-sur-bruit ne sera pas tout à fait constant dans la plage
où l'on désirerait qu'il le soit.
D'un segment à l'autre, le taux de compression varie d'un
facteur 2, ce qui représente égalment un bit de moins pour le
codage, ou des pas de quantification deux fois plus grossiers. Le
rapport signal-sur-bruit de quantification se dégrade par
conséquent de 6 dB lorsque l'on passe d'un segment au segment
immédiatement suivant.
La discontinuié du rapport signal-sur-bruit lors de la
transition d'un segment à un autre représente pas une gène
pour l'auditeur, ainsi qu'il est possible de s'en rendre compte
par le biais des échantillons de parole.
Nous vous proposons de découvrir dans les échantillons de parole et de musique suivants, les qualités/défauts de la modulation par impulsions et codage, et ceci sur une base subjective. En plus de la loi de quantification non uniforme dite "loi A", utilisée en Europe, vous pourrez entendre l'effet de la solution américaine, non compatible, appelée loi µ, qui se fonde sur les mêmes principes en recherchant les mêmes objectifs.
| Musique: | Parole: | |
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Référence |
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Quantification à 12 bit uniforme |
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Filtrage à 3400 Hz |
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Loi A (8 kHz, 8 bit) |
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Loi m (8 kHz, 8 bit) |
La modulation PCM, ou MIC (Modulation par
Impulsions et Codage) est la première modulation numérique
appliquée à grande échelle, dans le cas de la téléphonie,
essentiellement. Son domaine d'applications est si vaste que
chaque coup de téléphone (ou presque) en Europe Occidentale
utilise cette modulation pour aboutir.
Le but de la modulation PCM est de transmettre aussi fidèlement
que possible un signal, indépendement de sa signification. Dans
cet ordre d'idées, le reseau RNIS (Réseau Numérique à
Intégration de Services, ISDN pour les anglo-saxons, ou
Integrated Services Digital Network), qui utilise PCM comme
modulation pour la transmission de parole, offre à chaque
utilisateur RNIS un débit brut de 64 kbit/s, qui correspond à
une fréquence d'échantillonage de 8 kHz, quantifié avec 8 bits
par échantillon.
Dans le cadre de RNIS, PCM représente la technique permettant de
transmettre la voix humaine sur le réseau; RNIS de son côté
est indifférent (ou presque) à la nature de l'information
transmise: il est en effet difficile de différencier des bits
émis par un modulateur (et corollairement, générés par un
être humain!) de ceux émis par un ordinateur.
La loi de quantification est non uniforme, avec
un codage sur 8 bit. Cette quantification permet d'obtenir un
rapport signal-sur-bruit de quantification équivalent à celui
obtenu avec une quantification à 12 bit uniforme pour les basses
amplitudes.
Ce rapport est pratiquement constant sur une plage de 40 dB
au-dessous du niveau nominal du signal.
L'Union Internationale des Télécommunications a défini deux
lois de quantification:
La loi A est postérieure à la loi µ, et est légèrement plus facile à implémenter. La loi µ en revanche est légèrement meilleure, au niveau du rapport signal-sur-bruit pour les faibles amplitudes. Ces deux lois sont incompatibles: il n'est pas possible de coder selon la loi A et de décoder selon la loi µ. Ceci interdit toute compatibilité directe entre les systèmes européens et américains.
Les étapes successives menant à un signal numérique à partir d'un signal de parole sont les suivantes:
