ADPCM编码和解码

原文:http://www.znmcu.cn/znx_51_alltest_shell_fj_adpcm1.html

 

ADPCM音频解码,其实放在这里有些不太合适。

在编写ZN-X开发板整板测试程序的后期,振南开始转向专注于ADPCM音频的解码算法。对于音视频的编解码,振南一直是很感兴趣的。

VS1003录音向外输出的数据是经过ADPCM编码的,所谓ADPCM编码是一种自适应差分脉码调制技术。它可以对音频数据在毫无损失的前提下,将数据量压缩为原来的1/4,这对于音频来说,意义是重大的。我很想深入去研究一下ADPCM,但因为没有时间,一直被搁置。

ADPCM源于微软的Windows,一般的WAV文件就是使用它来编码的,WAVWindows上的标准音频格式。ADPCM算法已经被标准化了,现行使用的是IMA-ADPCM,即IMA组织制订的ADPCM算法。这种算法比较简单,但却有较高的压缩比。

 

 

ADPCM编码的原理(我会尽量说的通俗的):

如果我们对一个声音信号进行采样,采用16位量化,比如采集53个点,如下图:

 

 

如果我们直接存储每一个点的16位的采样值,这样就需要53X16=848个位,大约是106字节。但我们换个思路,我们不存储采样值,而存储采样点两两之间的差值(采样值可能会很大,需要更多的位数来表达,比如16个位,但是两点之间一般来说是比较连续的,差值不会太大,所以这个差值只需要很少的几个位即可表达,比如4个位)。这样,我们只需要知道前一个点的值,又知道它与下一个点的差值,就可以计算得到下一个点了。这个差值就是所谓的“差分”!

这就是DPCM的主要思想精髓!!

“什么?DPCM?我们不是说ADPCM吗?”是的,DPCM是差分脉码调制,多一个A,就是自适应!为什么要自适应?

你有没有考虑到一个问题?如果取两点之差,这个差值超过了4个位可以表达的范围,该如何处理?音频信号虽然具有很高的连续性,但是我们并不能保证两点之间产生突变的可能!

 

 

前面的差值可能是35812,后面突然变成2040,甚至更大,这时4个位还够用吗?数据量的减少,不能以数据丢失和失真作为代价!!

如果有一种方法,可以把两点之间的差值变换到固定的几个位即可表达的范围内,那就好了!而且这种变换是实时的,并且具有自适应性和预测能力的。这就是ADPCM的基本思想。它定义了一些因子,这种算法如果发现两点之间差值变大之后,就会用差值去和相应的因子作除法,从而减小了差值,让它可以减少到几个位可表达的数值范围内。而选择哪一个因子来除它,这就是ADPCM编码要作的事情了。

ADPCM算法巧妙的利用了音频信号的特点,也就是音频信号上的点与它前面的若干个点是有一定的相关性的,从而可以对下一个点进行预测,从而预先估计这个差值,从而选取相应的除数因子,去把差值归化到数值范围内!!

 

以上就是ADPCM对音频信号进行编码大体思想和过程!!

 

我们从VS1003中读取到的,就是经过ADPCM编码后的数据,也就是音频信号采样点之间的差值!(只是这些差值并不能直接用来去计算下一个采样点,而需要与因子相乘,计算得到真正的差值,这与编码是一个相逆的过程。乘数因子就是编码时用的那个除数因子,解码时要根据当前的音频信号去预判,以便取合适的因子!!)

 

以上是对ADPCM编码音频的解码的方法,它适用于VS1003输出的音频数据,同样适用于使用ADPCM编码的WAV文件,以及所有使用ADPCM编码的声音数据!!!

【比如一些语音产品,像数字对讲机、数字广播等等,也都可以使用ADPCM编码,这样可以很好的降低数据带宽要求!!】

 


 

posted on 2016-06-13 15:33  creepz  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏

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