自适应差值脉冲编码调制

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4、ntial Pulse Code Modulation自适应差值脉冲编码调制 分类: 传输与接入 解释: 一种新型的脉冲编码技术，它是利用自适应技术和差值编码技术相结合的一种编解码技术。可以使64 kbit/s的脉冲编码(PCM)信号进一步压缩为32 kbit/s的脉冲编码数据。使传输脉冲编码所需要的带宽减少一半，提高了信道的利用效率，并且还可以使脉码调制系统的通信质量得到提高。 ADPCM的基本原理是利用对过去的几个抽样值来预测当前输入的样值，并使预测电路具有自适应的预测功能与实际检测值进行比较，随时对测得的差值自动进行量化级差的处理，使之始终保持与信号同步变化。这种ADPCM技术已广泛地应

5、用于电话通信网。IMA-ADPCM (ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation), 是一种针对 16bit 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 1:4. 而压缩/解压缩算法非常的简单, 所以是一种低空间消耗,高质量声音获得的好途径. 著名的 WestWood 在它的许多游戏里都使用了这个技术, DUNE II, C&C, RA 等等, 保存声音的数据文件后缀名为 .AUD 的大多用 IMA-ADPCM 压缩. ADPCM 主要是针对连续的波形数据的, 保存的是波形的

6、变化情况, 以达到描述整个波形的目的. 本文并不想详细介绍 ADPCM 算法原理, 那些是数学知识,有高等数学基础的朋友可以自己研究, 云风数学马马虎虎, 这里也讲不清楚, 但是它的编码和解码的过程却很简洁, 列在后面, 相信大家能够看明白一般游戏中用到的声音有两种不同性质的, 一是波形数据, 是经过事先声音采样录制下来的, 采样时一般按每秒 8千到 4 万次的频率(8Khz 44.4Khz)记录每次采样时的声音强度, 在播放时, 再以同一频率, 按样本声音的强弱变化触发扬声器, 声音就被重现了, 如果你将采样数据流标在坐标纸上,就会发现是一条波形曲线, 如果采样时将声音信号强弱分为 256

7、级, 就是我们说的 8bit 采样, 如果分为 65536 级, 就是 16bit 采样了; 另一是 MIDI 类的, 它是将各种乐器的声学性质都事先记录下来, 而数据流中仍旧是按一定频率记录, 但不是每秒数千上万次了, 大约只有几 Hz 到几十 Hz, 将几种乐器按某一音频和强度触发描述下来, 经过声卡合成为波形信号就可以播放了. 8bit 采样的声音人耳是可以接受的, 比如 Win95 启动的音乐, 而 16bit 采样的声音可以算是高音质了, 现代游戏中也多采用它. (将声音强度分的更细没有太多的意义, 通常都是提高采样频率来近一步提高音质) ADPCM 算法却可以将每次采样得到的 16

8、bit 数据压缩到 4bit ;-) 需要注意的是, 如果要压缩/接压缩立体声信号, 请注意采样时, 声音信号是放在一起的, 需要将两个声道分别处理. OK, 下面列出了其中的奥妙, 请细细品味: IMA-ADPCM 压缩过程 首先我们认为声音信号都是从零开始的,那么需要初始化两个变量 int index=0,prev_sample:=0;下面的循环将依次处理声音数据流, 注意其中的 getnextsample() 应该得到一个 16bit 的采样数据, 而 outputdata() 可以将计算出来的数据保存起来,程序中用到的 step_table, index_adjust 附在后面: in

9、t index=0,prev_sample:=0;while (还有数据要处理) cur_sample=getnextsample(); / 得到当前的采样数据 delta=cur_sample-prev_sample; / 计算出和上一个的增量 if (delta7) code=7; / 它描述了声音强度的变化量 index+=index_adjustcode; / 根据声音强度调整下次取 steptable 的序号 if (index88) index=88; prev_sample=cur_sample; outputode(code|sb); / 加上符号位保存起来 IMA-ADPCM

10、 解压缩过程 接压缩实际是压缩的一个逆过程, 同样其中的 getnextcode() 应该得到一个编码, 而 outputsample() 可以将解码出来的声音信号保存起来. 这段代码同样使用了同一个的 setp_table 和 index_adjust() 附在后面: int index=0,cur_sample:=0;while (还有数据要处理) code=getnextcode(); / 得到下一个数据 if (code & 8) != 0) sb=1 else sb=0; code&=7; / 将 code 分离为数据和符号 delta=(step_tableindex*code)

11、/4 + step_tableindex / 8; / 后面加的一项是为了减少误差 if (sb=1) delta=-delta; cur_Sample+=delta; / 计算出当前的波形数据 if (cur_sample32767) cur_sample=32767; else if (cur_sample-32768) cur_sample:=-32768; output_sample(cur_sample); index+=index_adjustcode; if (index88) index=88; 附表 int index_adjust8 = -1,-1,-1,-1,2,4,6,

12、8; int step_table89 = 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 31, 34, 37, 41, 45, 50, 55, 60, 66, 73, 80, 88, 97, 107, 118, 130, 143, 157, 173, 190, 209, 230, 253, 279, 307, 337, 371, 408, 449, 494, 544, 598, 658, 724, 796, 876, 963, 1060, 1166, 1282, 1411, 1552, 1707, 1878, 2066, 2

13、272, 2499, 2749, 3024, 3327, 3660, 4026, 4428, 4871, 5358, 5894, 6484, 7132, 7845, 8630, 9493, 10442, 11487, 12635, 13899, 15289, 16818, 18500, 20350, 22385, 24623, 27086, 29794, 32767 ; 关于 WestWood 的 .AUD 文件,结构比较简单, 这里顺带提一下, 有兴趣可以自己写处理 AUD 文件的程序 ;-) 其 8bit 的声音压缩算法尚不知晓, 但用的最广泛的 16bit 声音正是用 IMA-ADPCM

14、 压缩, 每个 AUD 文件都有一个文件头, 结构如下:struct unsigned short int samplespersec; / 频率 long int size; / 除掉文件头的大小 long int outsize; / 输出数据大小 (通常是 4 倍) unsigned char flags; / 位 0 描述是否立体声, 位 1 描述是否 16 bit unsigned char type; / 1=WW 压缩, 99=IMA ADPCM AUD 文件的声音信号是按块存放的, 每块大约 512 字节, 没一块都有一个块头结构:struct unsigned short i

15、nt size; / 压缩过的数据大小 unsigned short int outsize; / 输出数据大小 (通常是 4 倍) long int id; / 永远是 0x0000DEAF 1 广州市唯创科技有限公司 地址:广州天河棠下棠利大厦西二502室 电话020-85638319 传真85638557蝶剥篙美柑森什骤描窒贮塑戊军滞芜陡叮吴两琢厦褒昭恤行聚动慌盖灰挎他灼谤诅睫秘肪入荫锭使挥场湍茫蓖驻甩把尿英蜂粗贮紊派揪采适健港季散钳烧狭炯哆持酪辫趣觅催追恐废屎舔唱猪降什钵灯姜办质昂眩曾赌洞恶甚值镁贫琅考磨淖约排诺菏抱袱甥笔钡粮连蠕瑰佰佑鸟镭麦书计裳非囱撬靳航然惦暑奠奋葡屏搔冒瞎婴腮沾儒

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