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音频压缩原理分析-课件- 数字音频编码分类波形编码 ADPCM（自适应差分 PCM ） 类型：Audio 制定：ITU-T 频宽：32kbps 特性：综合了 APCM 的自适应特性和 DPCM 系统的差分特性，是一种性 能比较好的波形编码。 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。 优点：算法复杂度低，编解码延时最短 缺点：声音质量一般，压缩比小 (CD 音质400kbps) 说明：是一种针对 16bit (或更高) 声音波形数据的一种有损压缩算法，它 将声音流中每次采样的 16bit 数据以 4bit 存储，所以压缩比为 1 : 4。而压 缩/解压缩算法非常简单，是一种低空间消耗、 高质量声音获得的好途径-差分脉冲编码调制(DPCM)的概念差分脉冲编码调制DPCM(differential pulse code modulation)是利用样本与样本之间存在的信息冗余度来进行编码的一种数据压缩技术。差分脉冲编码调制的思想是，根据过去的样本去估算(estimate)下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信号的位数。DPCM是对实际信号值与预测值之差进行量化编码，存储或者传送的是差值而不是幅度绝对值，从而降低了传送或存储的数据量。此外，它还能适应大范围变化的输入信号。差分脉冲编码调制的概念示于图1 。图中，差分信号是离散输入信号和预测器输出的估算值之差。注意，是对的预测值，而不是过去样本的实际值。DPCM系统实际上就是对这个差值进行量化编码，用来补偿过去编码中产生的量化误差。DPCM系统是一个负反馈系统，采用这种结构可以避免量化误差的积累。重构信号是由逆量化器产生的量化差分信号，与对过去样本信号的估算值求和得到。它们的和，即作为预测器确定下一个信号估算值的输入信号。由于在发送端和接收端都使用相同的逆量化器和预测器，所以接收端的重构信号可从传送信号获得。图1 DPCM方块图自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)ADPCM(adaptive difference pulse code modulation)综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是： 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的 差值总是最小。它的编码简化框图如图2 所示。接收端的译码器使用与发送端相同的算法，利用传送来的信号来确定量化器和逆量化器中的量化阶大小，并且用它来预测下一个接收信号的预测值。图2 ADPCM方块图G.721 ADPCM编译码器ADPCM是利用样本与样本之间的高度相关性和量化阶自适应来压缩数据的一种波形编码技术，CCITT为此制定了G.721推荐标准，这个标准叫做32 kb/s自适应差分脉冲编码调制(32 kb/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation7)。在此基础上还制定了G.721的扩充推荐标准，(即G.723 Extension of Recommendation G.721 Adaptive Differential Pulse Code Modulation to 24 and 40 kb/s for Digital Circuit Multiplication Equipment Application，)使用该标准的编码器的数据率可降低到40 kb/s和24 kb/s。CCITT推荐的G.721 ADPCM标准是一个代码转换系统。它使用ADPCM转换技术，实现64 kb/s A律或律PCM速率和32 kb/s速率之间的相互转换。G.721 ADPCM的简化框图如图3 所示。 (a) ADPCM编码器 (b) ADPCM译码器 图3 G.721 ADPCM简化框图在图3 (a) 所示的编码器中，A律或律PCM输入信号转换成均匀的PCM。差分信号等于均匀的PCM输入信号与预测信号之差。“自适应量化器”用4位二进制数表示差分信号，但只用其中的15个数(即15个量级)来表示差分信号，这是为防止出现全“0”信号。“逆自适应量化器”从这4位相同的代码中产生量化差分信号。预测信号和这个量化差分信号相加产生重构信号。“自适应预测器”根据重构信号和量化差分信号产生输入信号的预测信号，这样就构成了一个负反馈回路。G.721 ADPCM编译码器的输入信号是G.711 PCM代码，采样率是8 kHz，每个代码用8位表示，因此它的数据率为64 kb/s。而G.721 ADPCM的输出代码是“自适应量化器”的输出，该输出是用4位表示的差分信号，它的采样率仍然是8 kHz，它的数据率为32 kb/s，这样就获得了21的数据压缩。在图3 (b) 所示的译码器中，译码器的部分结构与编码器负反馈回路部分相同。此外，还