要將模擬信號在數字傳輸系統中進行傳遞，就必須用信源編碼器對話音信號進行模數變換。語音信號模數變換的方法很多，如脈沖編碼調制，增量調制和參數編碼等，其中用得較為廣泛的是脈沖編碼調制。

話音信號（模擬信號）數字化的過程是：抽樣—量化—編碼。

1.抽樣——信號在時間上的離散化

話音信號不僅在幅度取值上是連續的，而且在時間上也是連續的。抽樣就是每隔一定的時間間隔（T），對在時間上連續的話音信號抽取瞬時幅值的過程，該過程簡稱為抽樣。抽樣后所得到的一串在時間上離散的信號序列被稱為樣值序列信號，或抽樣信號，如圖所示。

模擬信號的抽樣

將話音信號抽樣后，所得抽樣信號在信道上占用的時間被壓縮了，因而它為時分復用奠定了基礎，同時也為數字化提供了條件。但抽樣信號中必須含有原始話音信號的信息，并要求在接收端將抽樣信號恢復成原始話音信號。為了達到上述要求，抽樣的時間間隔T（抽樣周期）不能太長，或者說抽樣頻率不能太低。

一般情況下，抽樣頻率（fs）應大于傳輸信號中最高頻（fm）的兩倍（奈奎斯特抽樣定理），即fs>2fm。

在電話通信系統中，用3400Hz作為最高頻率（fm）已能很好滿足用戶的要求。考慮到一定的冗余，目前 PCM 通信規定話音信號的抽樣頻率fs=8000Hz。抽樣周期T=1/fs=1/8000=125μs。

2.量化——信號在幅值上的離散化

抽樣所得到的抽樣信號雖在時間上是離散的，但它在幅度取值上仍是連續的，即它可以是輸入模擬信號幅值中的任意幅值，或者說可有無限多種取值，它不能用有限多個數字來表示，它仍屬模擬信號。要想使它成為數字信號，還需把它的抽樣值進行離散化處理，將幅值為無限多的連續信號，變換成幅值為有限數目的離散信號，這一幅值上離散化處理的過程稱為量化。量化就是“分級”的意思，量化采用類似“四舍五入”的方法，使每一個抽樣值用一個相近的幅值來近似。量化方法可分為線性量化和非線性量化。

（1）線性量化：線性量化也稱為均勻量化，它把輸入的抽樣值的范圍劃分為若干等距離的小間隔，每個小間隔叫做一個量化級。當某一輸入的抽樣值落在某一間隔內時，就用這個間隔內的中間值來近似地表示這個抽樣值的大小，并以此值輸出。這樣大信號和小信號的絕對誤差相同，而對小信號來說，相對誤差（噪聲）很大，也就是說信噪比小，不能滿足語音信號的傳輸要求（信噪比為輸出的信號功率與噪聲功率之比。信噪比越大，說明通信質量越好）。

（2）非線性量化：非線性量化（又稱為非均勻量化）就是使用不等的量化級差（間隔），小信號分級密，量化級差小；大信號分級疏，量化級差大。或者說量化間隔隨著信號幅值的減小而縮小，使信號幅值在較寬的動態范圍內的信噪比都能達到指標規定的要求。

非線性量化是利用壓縮和擴展的方法來實現的。不同幅值的信號經過具有壓縮特性的放大器后對小信號的幅度有較大的放大作用，而對大信號的幅度則有壓縮作用。這樣在對經過放大后的抽樣小信號進行量化時，就使小信號的量化誤差相對減少，信噪比得到改善，如果放大作用大，則改善的程度也大；至于大信號經壓縮、量化后，信噪比將降低，結果使話音信號在整個動態范圍內的信噪比基本上相差不多，且都能滿足規定的要求。

3.編碼——信號在表現上的數字化

模擬信號經過抽樣和量化以后，在時間上和幅度取值上都變成了離散的數字信號。如果量化級數為N，則信號幅度上有N個取值，形成有N個電平值的多電平碼。但這種具有N個電平值的多電平碼信號在傳輸過程中會受到各種干擾，并會產生畸變和衰減，接收端難以正確識別和接收。如果信號是二進制碼，則只要接收端能識別出是“1”碼還是“0”碼即可。所以二進制碼具有抗干擾能力強的優點，且容易產生。故在數字通信中，一般都采用二進制碼。量化級為N時，則量化離散值共有N個。將每個離散值用一組二進制碼表示。這一組二進制碼的位數為L，則有2L=N。L為碼字位數，如：23=8，將多電平碼變成二進制碼的過程稱為編碼，N為量化級數。 經過量化后，形成±128個數量級，用8位碼表示，其中第一位碼為極性碼，第二、三、四位為段落碼，最后四位為段內碼，如圖所示。

PCM碼字的分配