模擬信號數(shù)字化必須經(jīng)過三個過程，即抽樣、量化和編碼，PCM編碼的主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進(jìn)行取樣,使其離散化,同時將抽樣值按分層單位四舍五人取整量化,同時將抽樣值按一組二進(jìn)制碼來表示抽樣脈沖的幅值，以實現(xiàn)話音數(shù)字化。

1. 抽樣(Samping)

抽樣是把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取樣值，變?yōu)樵跁r間軸上離散的抽樣信號的過程。例如，話音信號帶寬被限制在0.3～3.4kHz內(nèi)，用8kHz的抽樣頻率（fs），就可獲得能取代原來連續(xù)話音信號的抽樣信號。對一個正弦信號進(jìn)行抽樣獲得的抽樣信號是一個脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號，對抽樣信號進(jìn)行檢波和平滑濾波，即可還原出原來的模擬信號。

2. 量化（quantizing）

抽樣信號雖然是時間軸上離散的信號，但仍然是模擬信號，其樣值在一定的取值范圍內(nèi)，可有無限多個值。顯然，對無限個樣值一一給出數(shù)字碼組來對應(yīng)是不可能的。為了實現(xiàn)以數(shù)字碼表示樣值，必須采用“四舍五入”的方法把樣值分級“取整”，使一定取值范圍內(nèi)的樣值由無限多個值變?yōu)橛邢迋€值。這一過程稱為量化。

量化后的抽樣信號與量化前的抽樣信號相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號。這種量化失真在接收端還原模擬信號時表現(xiàn)為噪聲，并稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化級差或間隔越小，量化噪聲也越小。

3. 編碼（Coding）

量化后的抽樣信號在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個可取的樣值，且信號正、負(fù)幅度分布的對稱性使正、負(fù)樣值的個數(shù)相等，正、負(fù)向的量化級對稱分布。若將有限個量化樣值的絕對值從小到大依次排列，并對應(yīng)地依次賦予一個十進(jìn)制數(shù)字代碼（例如，賦予樣值0的十進(jìn)制數(shù)字代碼為0），在碼前以“＋”、“－”號為前綴，來區(qū)分樣值的正、負(fù)，則量化后的抽樣信號就轉(zhuǎn)化為按抽樣時序排列的一串十進(jìn)制數(shù)字碼流，即十進(jìn)制數(shù)字信號。簡單高效的數(shù)據(jù)系統(tǒng)是二進(jìn)制碼系統(tǒng)，因此，應(yīng)將十進(jìn)制數(shù)字代碼變換成二進(jìn)制編碼。根據(jù)十進(jìn)制數(shù)字代碼的總個數(shù)，可以確定所需二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即字長。這種把量化的抽樣信號變換成給定字長的二進(jìn)制碼流的過程稱為編碼。

話音PCM的抽樣頻率為8kHz，每個量化樣值對應(yīng)一個8位二進(jìn)制碼，故話音數(shù)字編碼信號的速率為8bits×8kHz＝64kb/s。量化噪聲隨量化級數(shù)的增多和級差的縮小而減小。量化級數(shù)增多即樣值個數(shù)增多，就要求更長的二進(jìn)制編碼。因此，量化噪聲隨二進(jìn)制編碼的位數(shù)增多而減小，即隨數(shù)字編碼信號的速率提高而減小。自然界中的聲音非常復(fù)雜，波形極其復(fù)雜，通常我們采用的是脈沖代碼調(diào)制編碼，即PCM編碼。PCM通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。