ADPCM編碼和解碼

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

 

ADPCM音頻解碼，其實放在這裏有些不太合適。

在編寫ZN-X開發板整板測試程序的後期，振南開始轉向專一於ADPCM音頻的解碼算法。對於音視頻的編解碼，振南一直是很感興趣的。

VS1003錄音向外輸出的數據是通過ADPCM編碼的，所謂ADPCM編碼是一種自適應差分脈碼調製技術。它能夠對音頻數據在毫無損失的前提下，將數據量壓縮爲原來的1/4，這對於音頻來講，意義是重大的。我很想深刻去研究一下ADPCM，但由於沒有時間，一直被擱置。

ADPCM源於微軟的Windows，通常的WAV文件就是使用它來編碼的，WAV是Windows上的標準音頻格式。ADPCM算法已經被標準化了，現行使用的是IMA-ADPCM，即IMA組織制訂的ADPCM算法。這種算法比較簡單，但卻有較高的壓縮比。

 

 

ADPCM編碼的原理（我會盡可能說的通俗的）：

若是咱們對一個聲音信號進行採樣，採用16位量化，好比採集53個點，以下圖：

 

 

若是咱們直接存儲每個點的16位的採樣值，這樣就須要53X16=848個位，大約是106字節。但咱們換個思路，咱們不存儲採樣值，而存儲採樣點兩兩之間的差值（採樣值可能會很大，須要更多的位數來表達，好比16個位，可是兩點之間通常來講是比較連續的，差值不會太大，因此這個差值只須要不多的幾個位便可表達，好比4個位）。這樣，咱們只須要知道前一個點的值，又知道它與下一個點的差值，就能夠計算獲得下一個點了。這個差值就是所謂的「差分」！

這就是DPCM的主要思想精髓！！

「什麼？DPCM？咱們不是說ADPCM嗎？」是的，DPCM是差分脈碼調製，多一個A，就是自適應！爲何要自適應？

你有沒有考慮到一個問題？若是取兩點之差，這個差值超過了4個位能夠表達的範圍，該如何處理？音頻信號雖然具備很高的連續性，可是咱們並不能保證兩點之間產生突變的可能！

 

 

前面的差值多是3、5、8、12，後面忽然變成20、40，甚至更大，這時4個位還夠用嗎？數據量的減小，不能以數據丟失和失真做爲代價！！

若是有一種方法，能夠把兩點之間的差值變換到固定的幾個位便可表達的範圍內，那就行了！並且這種變換是實時的，而且具備自適應性和預測能力的。這就是ADPCM的基本思想。它定義了一些因子，這種算法若是發現兩點之間差值變大以後，就會用差值去和相應的因子做除法，從而減少了差值，讓它能夠減小到幾個位可表達的數值範圍內。而選擇哪個因子來除它，這就是ADPCM編碼要做的事情了。

ADPCM算法巧妙的利用了音頻信號的特色，也就是音頻信號上的點與它前面的若干個點是有必定的相關性的，從而能夠對下一個點進行預測，從而預先估計這個差值，從而選取相應的除數因子，去把差值歸化到數值範圍內！！

 

以上就是ADPCM對音頻信號進行編碼大致思想和過程！！

 

咱們從VS1003中讀取到的，就是通過ADPCM編碼後的數據，也就是音頻信號採樣點之間的差值！（只是這些差值並不能直接用來去計算下一個採樣點，而須要與因子相乘，計算獲得真正的差值，這與編碼是一個相逆的過程。乘數因子就是編碼時用的那個除數因子，解碼時要根據當前的音頻信號去預判，以便取合適的因子！！）

 

以上是對ADPCM編碼音頻的解碼的方法，它適用於VS1003輸出的音頻數據，一樣適用於使用ADPCM編碼的WAV文件，以及全部使用ADPCM編碼的聲音數據！！！

【好比一些語音產品，像數字對講機、數字廣播等等，也均可以使用ADPCM編碼，這樣能夠很好的下降數據帶寬要求！！】