模擬信號數字化必須經過三個過程，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制碼來表示抽樣脈沖的幅值，以實現話音數字化。
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，變為在時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，用8kHz的抽樣頻率（fs），就可獲得能取代原來連續話音信號的抽樣信號。對一個正弦信號進行抽樣獲得的抽樣信號是一個脈沖幅度調制（PAM）信號，對抽樣信號進行檢波和平滑濾波，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，可有無限多個值。顯然，對無限個樣值一一給出數字碼組來對應是不可能的。為了實現以數字碼表示樣值，必須采用“四舍五入”的方法把樣值分級“取整”，使一定取值范圍內的樣值由無限多個值變為有限個值。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僅有有限個可取的樣值，且信號正、負幅度分布的對稱性使正、負樣值的個數相等，正、負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，并對應地依次賦予一個十進制數字代碼（例如，賦予樣值0的十進制數字代碼為0），在碼前以“＋”、“－”號為前綴，來區分樣值的正、負，則量化后的抽樣信號就轉化為按抽樣時序排列的一串十進制數字碼流，即十進制數字信號。簡單高效的數據系統是二進制碼系統，因此，應將十進制數字代碼變換成二進制編碼。根據十進制數字代碼的總個數，可以確定所需二進制編碼的位數，即字長。這種把量化的抽樣信號變換成給定字長的二進制碼流的過程稱為編碼。
話音PCM的抽樣頻率為8kHz，每個量化樣值對應一個8位二進制碼，故話音數字編碼信號的速率為8bits×8kHz＝64kb/s。量化噪聲隨量化級數的增多和級差的縮小而減小。量化級數增多即樣值個數增多，就要求更長的二進制編碼。因此，量化噪聲隨二進制編碼的位數增多而減小，即隨數字編碼信號的速率提高而減小。自然界中的聲音非常復雜，波形極其復雜，通常我們采用的是脈沖代碼調制編碼，即PCM編碼。PCM通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模擬信號轉換為數字編碼。