ADPCM: differenze tra le versioni

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

'''ADPCM''' (acronimo di ''Adaptive Differential Pulse Code Modulation'') è tipo di [[compressione audio digitale]] nonché estensione della codifica [[digitale (informatica)|digitale]] [[Pulse-Code Modulation|PCM]] di base, usata largamente nel [[Campionamento (teoria dei segnali)|campionamento]], [[quantizzazione (elettronica)|quantizzazione]] e [[codifica]] di [[audio|segnali audio]], soprattutto in campo di [[telefonia]] fissa.

== Descrizione ==

== Come viene effettuata in realtà la predizione? ==

La compressione '''ADPCM''' (''Adaptive Differential Pulse Code Modulation'') è un'estensione della codifica digitale [[PCM]] di base, usata largamente nel campionamento, quantizzazione e codifica di segnali audio, soprattutto in campo di telefonia fissa. A differenza del PCM di base, che campiona il segnale audio, lo quantizza secondo un codificatore non lineare (ad esempio [[logaritmo|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''. <br />

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]].

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 <math>2^N</math> 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]]<ref>Problema del MEQM presentato in {{cita libro | autore = Neil A. Weiss | url = https://books.google.it/books?id=RoIEursfmy8C&pg=PA314&lpg=PA314 | titolo = Calcolo delle probabilità | p = 314 | oclc = 1088850458 | editore = Pearson | urlarchivio = https://archive.is/20190922191315/https://books.google.it/books?id=RoIEursfmy8C&pg=PA314&lpg=PA314&dq=minimo+errore+quadratico+medio%2Besercizi&source=bl&ots=sIUFI9-Vy2&sig=ACfU3U3fVO-9kIpxbrIgkLiEXHZaOLWnsw&hl=it&sa=X&ved=2ahUKEwjOyOmfkeXkAhURzaQKHSpKBzg4ChDoATAJegQICRAB%23v=onepage&q=minimo%20errore%20quadratico%20medio%2Besercizi&f=false | dataarchivio = 22 settembre 2019 | urlmorto = no | accesso = 22 settembre 2019 }}, mentre per la teoria si può consultare [http://www1.unipa.it/~laura.giarre/corsoide/Stima_IeAD.pdf/ Laura Giarre, unipa.it, p. 30].</ref>:<ref name="lombardo,2014" />

{| class="wikitable" style="text-align:center;"

|-

! 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".<ref>{{cita web | url = https://it.emcelettronica.com/tecniche-di-compressione-audio-adpcm | titolo = Tecniche di compressione audio: ADPCM | data = 30 dicembre 2016 | sito = Elettronica Open Source | urlarchivio = https://archive.is/20190922165231/https://it.emcelettronica.com/tecniche-di-compressione-audio-adpcm | dataarchivio = 22 settembre 2019 | urlmorto = no | accesso = 22 settembre 2019 }}</ref>

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.<ref name="lombardo,2014">{{cita libro | autore = Vincenzo Lombardo | autore2 = Andrea Valle | url = https://books.google.it/books?id=GcNcAwAAQBAJ&pg=PA171&lpg=PA171 | titolo = Audio e multimedia |pp=171-172 | editore = Maggioli editore, Apogeo (serie "Idee e strumenti") | anno = 2014 |isbn=978-88-916-0329-6|oclc=1015991505}}</ref>, riuscendosi a garantire un [[bitrate]] di 32kbps in campo telefonico, contro i 64kbps del PCM tradizionale.

== Note==

Con la tecnica ADPCM si riesce a garantire un [[bitrate]] di 32kbps in campo telefonico, contro i 64kbps del [[PCM]] tradizionale.

<references />

== Bibliografia ==

[[es:ADPCM]]

* {{cita libro|titolo = Dictionary of Multimedia and Internet Applications: A Guide for Developers and Users|url = https://archive.org/details/isbn_9780471986249|editore = Wiley|città = Hoboken|anno = 1999|lingua = inglese|capitolo = ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation)}}

== Voci correlate ==

* [[Compressione audio digitale]]

* [[Pulse-Code Modulation]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|s=Codifica numerica del segnale audio/Capitolo 5#5_3}}

{{portale|elettrotecnica|informatica}}

[[Categoria:Codec audio]]

[[Categoria:Tecniche di modulazione]]