La première opération du codage est l'échantillonage du signal analogique à une certaine fréquence d'échantillonage et une certaine précision, cette précision étant caractérisée par le nombre de bits utilisés pour coder l'amplitude de chaque échantillon (voir figure 2.1). Il est clair que le choix de la fréquence et du nombre de bits utilisés répond à un compromis débit/qualité du signal codé. Plus grande est la qualité souhaitée, plus important est le débit obtenu après échantillonage.
Figure 2.1: Processus d'échantillonage
Le théorème d'échantillonage de Nyquist établit qu'un signal analogique peut être reconstruit à partir des échantillons numérisés si la fréquence d'échantillonage est au moins deux fois la bande passante du signal original. L'oreille humaine est capable de percevoir une gamme de fréquences de 20 Hz à 20 KHz environ, correspondant à une bande passante de 20 KHz. C'est pourquoi le codage audio dite de haute qualité utilise des fréquences d'échantillonage supérieures à 40 KHz (44,1 KHz pour le codage CD, et 48 KHz pour le codage DAT).
L'algorithme de codage le plus simple est celui qui revient seulement à échantillonner un signal analogique et à quantifier les échantillons (c'est à dire à les convertir des valeurs réelles en valeurs de précision finie). Ce codage appelé PCM (Pulse Coded Modulation) correspondant à la norme G.721, est utilisé pour coder la voix dans le réseau téléphonique. La bande passante d'une paire torsadée étant d'environ 3,5 KHz, la fréquence d'échantillonage a donc été fixée à 8 KHz afin de respecter le théorème de Nyquist. La quantification est faite avec une échelle logarithmique sur 8 bits, ce qui est équivalent à une quantification linéaire sur 13 bits.
Le codage PCM est à la base d'une famille de codages différentiels largement utilisés, et que nous décrivons maintenant.