Způsob digitalizace - PCM nebo něco lepšího?

Způsob, jakým byl v ranných dobách digitalizace telefonní sítě vyřešen přechod analogového telefonního signálu na digitální, byl zvolen s ohledem na zmíněnou šířku frekvenčního pásma 3,1 kHz (která byla z technických důvodů poněkud rozšířena, na 4 kHz), a také s ohledem na maximální jednoduchost a nenáročnost. Celý postup digitalizace analogového signálu (telefonního hovoru) ilustruje obrázek 1: analogový signál je nejprve "vyvzorkován" (jsou sejmuty vzorky jeho momentální hodnoty), a tyto vzorky jsou "změřeny" (jejich amplituda je vyjádřena jako binární číslo). Vzhledem k výsledkům z oboru teorie informace přitom vyplývá, že analogový signál by měl být snímán dvakrát během každé své periody, aby jej bylo možné později optimálně rekonstruovat. Při zvoleném frekvenčním rozsahu 4000 Hz (4 kHz), který vznikl rozšířením a zaokrouhlením původních 3,1 kHz, to vychází na potřebu nasnímat 8000 vzorků každou sekundu (resp. jeden vzorek každých 125 mikrosekund). Hodnota každého vzorku (konkrétně jeho amplituda) je pak vyjádřena jako binární číslo v rozsahu tolika bitů, kolik jich je k tomuto účelu vyhrazeno - což je nejčastěji 8 bitů. Prostým vynásobením počtu vzorků za sekundu (8000) a počtu bitů (8) pak vychází potřebná přenosová rychlost, nutná pro přenos takto digitalizovaného lidského hlasu, a to 64 kbps. Právě tato přenosová rychlost 64 kbps je pak vyhrazena pro jeden hlasový kanál i v rámci dnešní digitální telefonie.

Představa digitalizace pomocí techniky PCM

Výše popsaný způsob digitalizace analogového signály odpovídá technice tzv. pulzně kódované modulace (PCM, Pulse Coded Modulation). Je principiálně jednoduchý, ale značně nehospodárný, protože se nesnaží jakkoli šetřit přenosovou kapacitu. Dnes existuje celá řada jiných způsobů digitalizace hlasu, které se chovají úsporněji a produkují menší objemy digitálních dat, resp. dokáží vystačit s menší přenosovou rychlostí. Například techniky, používané ve světě mobilních telefonů GSM, vystačí s přenosovou rychlostí cca 12 až 13 kbps, a techniky používané pro potřeby IP telefonie dokonce vystačí i s rychlostmi těsně pod 10 kilobitů za sekundu. Faktem je, že extrémní snahy o zmenšení potřebné přenosové rychlosti mohou vést k určitému zhoršení kvality přenášeného lidského hlasu (hlavně pod hranicí 10 kbps), ale na druhé straně nesnažit se o vůbec žádnou úsporu je doslova plýtváním.

Ve světě spojů se různé "šetřící" techniky používají až u dálkových spojů, kde jsou telekomunikační společnosti nuceny již dnes optimalizovat svoje náklady. Na okrajích své sítě však používají jen nejjednodušší možné metody digitalizace, jako výše popsanou techniku PCM - což ostatně souvisí i s celkovou koncepcí "chytré sítě a hloupých koncových zařízení", zmiňovanou v úvodním článku této série.

Naproti tomu výhodou IP telefonie (a tudíž i internetové telefonie, jako její podmnožiny) je předpoklad o použití chytrých koncových zařízení, která mohou provádět velmi účinnou kompresi a používat i jiné techniky, a tím srazit potřebu přenosové kapacity na dosti nízkou hodnotu.