ADPCM

ADPCM (acronimo di Adaptive Differential Pulse Code Modulation) è tipo di compressione audio digitale nonché estensione della codifica digitale PCM di base, usata largamente nel campionamento, quantizzazione e codifica di segnali audio, soprattutto in campo di telefonia fissa.

Descrizione

A differenza del PCM di base, che campiona il segnale audio, lo quantizza secondo un codificatore non lineare (ad esempio logaritmico) e trasmette direttamente i valori quantizzati in formato numerico, l'ADPCM si basa sulla predicibilità di un campione a partire da un numero di campioni precedenti ad esso. Quindi, è sufficiente predire il campione n-esimo, valutare l'errore rispetto a quello reale e trasmettere soltanto l'errore di predizione. Dal canto suo, il decoder farà la stessa predizione e sommerà ad essa l'errore di predizione ricevuto. In questo modo il tutto funziona se la varianza dell'errore è minore della varianza dei campioni, nel senso che si avrà un reale risparmio di bit da trasmettere.

La codifica ADPCM utilizza le differenze fra i campioni PCM originari. Quando le differenze presentano una regolarità in termini di valore massimo e di frequenza dei valori ripetuti, per cui diventa possibile memorizzare un numero finito di quelli più frequenti all'interno di tabelle, dette di look-up.
Se si aggiunge una fase di predizione, nella quale il valore del campione precedente è un predittore del valore attuale, a parità di rapporto segnale/rumore, sarà inferiore il numero di bit necessario a rappresentare il segnale: N bit assegnati per $2^{N}$ possibili valori di differenza. Una possibile tecnica di predizione è quella di tipo lineare e su un numero finito di campioni. In questo caso si usa il criterio del minimo errore quadratico medio MEMQ^[1]:^[2]

PCM₁	... 100	101	102	103	103	103	102	101	100	100	101	101	100	97 ...
PCM₂	... 100	101	102	103	104	103	102	101	100	101	100	101	100	99 ...
PCM₁ - PCM₂	... 0	0	0	0	-1	0	0	0	0	-1	+1	0	0	2 ...

Ciò non è possibile nello spettro delle alte frequenze, dove la differenze sono maggiori e quindi la loro varianza temporale non consente di stabilizzare la successione dei valori campionati con una certa regolarità. La soluzione a tale fenomeno di slope overload è l'ADCPM, specificato dallo standard ITU-T G-726, che prevede di adattare dinamicamente il numero dei campionamenti alla frequenza del segnale in ingresso: intervalli (passi) di quantizzazione più ampi per le frequenze più alte ovvero più ristretti "per variazioni più lente del segnale".^[3] Con la predizione in tecnica di modulazione ADPCM, 0 diventa il valore più frequente che si ottiene dalla differenza fra i segnali PCM in ingresso.^[2], riuscendosi a garantire un bitrate di 32kbps in campo telefonico, contro i 64kbps del PCM tradizionale.

Note

^ Problema del MEQM presentato in Neil A. Weiss, Calcolo delle probabilità, Pearson, p. 314, OCLC 1088850458. URL consultato il 22 settembre 2019 (archiviato il 22 settembre 2019)., mentre per la teoria si può consultare Laura Giarre, unipa.it, p. 30.
^ ^a ^b Vincenzo Lombardo e Andrea Valle, Audio e multimedia, Maggioli editore, Apogeo (serie "Idee e strumenti"), 2014, pp. 171-172, ISBN 978-88-916-0329-6, OCLC 1015991505.
^ Tecniche di compressione audio: ADPCM, su Elettronica Open Source, 30 dicembre 2016. URL consultato il 22 settembre 2019 (archiviato il 22 settembre 2019).

Bibliografia

(EN) ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation), in Dictionary of Multimedia and Internet Applications: A Guide for Developers and Users, Hoboken, Wiley, 1999.