Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

Адапти́вная дифференциа́льная и́мпульсно-ко́довая модуля́ция (АДИКМ) (англ. Adaptive differential pulse-code modulation, ADPCM) — разновидность дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, алгоритм которой подразумевает изменение шага квантования, что позволяет снизить требуемую полосу пропускания для заданного отношения сигнал/шум. Обычно адаптация основывается на адаптивном коэффициенте масштабирования^[1].

Алгоритм ADPCM был разработан в начале 1970-х годов П. Каммиски, Н. С. Джаянт и Джеймсом Л. Фланаганом (англ.) в Bell Labs для кодирования голоса^[2].

В телефонии

В телефонии стандартный аудиосигнал кодируется 8000 сэмплами в секунду, каждый из которых состоит из 8 бит — таким образом, получается скорость передачи данных 64 Кбит/с; этот стандарт известен как DS0. Стандартным методом сжатия сигнала в DS0 является либо импульсно-кодовая модуляция, использующая Мю-закон (Северная Америка и Япония), либо импульсно-кодовая модуляция, использующая А-закон (Европа и бо́льшая часть остального мира). Это логарифмические методы сжатия, которые описаны международным стандартом G.711. В случаях, когда стоимость передачи данных по каналам связи высокая, а уровень потерь данных приемлем, имеет смысл сжимать голосовую информацию больше. Алгоритм адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции сопоставляет набор 8-битных сэмплов импульсно-кодовой модуляции (использующей Мю-закон или А-закон) набору 4-битных сэмплов АДИКМ. Таким образом, ёмкость кабеля удваивается. Этот алгоритм описан в стандарте G.726.

Некоторые принципы АДИКМ применяются в коммуникационных протоколах Voice over IP. Также АДИКМ использовалась ассоциацией Interactive Multimedia Association в начале 1990-х годов для разработки аудиокодека, известного как ADPCM DVI, IMA ADPCM или DVI4^[3].

АДИКМ с разделением сигнала на поддиапазоны

G.722 — это широкополосный голосовой кодек стандарта ITU-T^[4], работающий на скоростях 48, 56 и 64 Кбит/с и основывающийся на поддиапазонном кодировании с двумя каналами, каждый из которых кодируется с помощью АДИКМ^[5]. Перед процессом оцифровки происходит обработка аналогового сигнала и разделение его по частотным полосам с помощью квадратурных зеркальных фильтров для получения двух поддиапазонов сигнала. Когда происходит получение двоичного потока данных АДИКМ, происходит мультиплексирование, а затем данные либо сохраняются, либо передаются дальше. Декодер выполняет обратный процесс: демультиплексирует и декодирует каждый поддиапазон двоичного потока данных, а затем производит рекомбинацию.

Примечания

1. ↑ Кен. К. Полманн. Principles of Digital Audio. — McGraw-Hill Professional, 2005. — ISBN 978-0-07-144156-8
2. ↑ П. Каммиски, Н. С. Джаянт, Джеймс Л. Фланаган. Adaptive quantization in differential PCM coding of speech. — Bell Syst. Tech. J., 1973. — Vol. 52. — P. 1105—1118.
3. ↑ Recommended Practices for Enhancing Digital Audio Compatibility in Multimedia Systems  (англ.). Архивировано из первоисточника 20 сентября 2012. Проверено 30 апреля 2012 года.
4. ↑ G.722: 7 kHz audio-coding within 64 kbit/s  (англ.). ITU-T. Архивировано из первоисточника 20 сентября 2012. Проверено 30 апреля 2012 года.
5. ↑ Джерри Д. Гибсон, Тони Бергер, Том Лукэбог. Digital Compression for Multimedia. — Morgan Kaufmann, 1998. — ISBN 978-1-55860-369-1