* Fri Dec 3 00:00:00 JST 2004 Naoyuki Sawa

- ADPCMの仕組み#3







前回まで、YM2608方式のADPCMのデコード・エンコード手順について見てきました。

今回より、P/ECE方式のADPCMのデコード・エンコード手順について見ていこうと思います。



YM2608方式とP/ECE方式を較べると、予測変化量の扱い方や係数などにやや違いはあるものの、おおまかな手順はほとんど同じです。

YM2608方式のADPCMを理解してしまえば、P/ECE方式のADPCMを理解するのも簡単だと思います。

今回、まずデコード処理を解説し、それからエンコード処理を解説することにします。







P/ECE方式のADPCMデコード処理のフローチャートを書いてみました。



	

	PDF・Visio



前々回に示したYM2608方式のADPCMデコード処理のフローチャートと較べてみると、P/ECE方式の方がやや単純です。







それでは、一手順づつ追ってみます。



初期状態では“前のデータ”がありませんので、適切な初期値を定める必要があります。

P/ECE方式は初期状態で、(仮想的な)前回のPCM出力値を0と仮定します。(YM2608方式と同じですね)

PCM値は符号付き16bitで、値の範囲は-32768〜32767なので、0は中央です。



また、初期状態での予測変化単位量を16と仮定します。

予測変化単位量という用語は初出ですが、これは僕が勝手にそう呼ぶことにしただけで(^^;、P/ECEカーネルソースの中では“delta”と名付けられています。

YM2608方式では“予測変化量”の初期値を127と定めたのに対して、P/ECE方式では“予測変化単位量”の初期値を16と定めます。

予測変化量と予測変化単位量の違いについては、このあと説明します。



最初のADPCM値を読み込みました。

P/ECE方式のADPCM値もYM2608方式と同じく、1サンプル当り4bitで構成されています。

が、解釈の仕方が異なります。

YM2608方式のADPCM値のビット構成は、こうでした。



	


	
YM2608

	
bit3
bit2
bit1
bit0

	
増減方向
変化率

	



YM2608方式の全てのADPCM値の意味を表にすると、次のようになりました。



	


	
YM2608

	
ADPCM値
増減方向
変化率
実際の変化量

	
 0
0:増加
0
＋予測変化量× 1÷8

	
 1
0:増加
1
＋予測変化量× 3÷8

	
 2
0:増加
2
＋予測変化量× 5÷8

	
 3
0:増加
3
＋予測変化量× 7÷8

	
 4
0:増加
4
＋予測変化量× 9÷8

	
 5
0:増加
5
＋予測変化量×11÷8

	
 6
0:増加
6
＋予測変化量×13÷8

	
 7
0:増加
7
＋予測変化量×15÷8

	
 8
1:減少
0
−予測変化量× 1÷8

	
 9
1:減少
1
−予測変化量× 3÷8

	
10
1:減少
2
−予測変化量× 5÷8

	
11
1:減少
3
−予測変化量× 7÷8

	
12
1:減少
4
−予測変化量× 9÷8

	
13
1:減少
5
−予測変化量×11÷8

	
14
1:減少
6
−予測変化量×13÷8

	
15
1:減少
7
−予測変化量×15÷8

	



これに対して、P/ECE方式のADPCMのビット構成は、次のとおりです。



	


	
P/ECE

	
bit3
bit2
bit1
bit0

	
変化率 + 8

	



YM2608方式では変化率と増減方向のビットが分かれていましたが、P/ECE方式ではADPCM値全体が変化率を表しています。

ただし、変化率に対してADPCM値は+8バイアスがかかっていますので、ADPCM値から変化率を求めるには、



	変化率←ADPCM値 - 8



とします。



ADPCM値は4bitで構成されていますから、本来0〜15の範囲の値をとることができます。

従って、変化率の範囲は-8〜+7となるはずです。

しかし実際には、P/ECE方式のADPCMでは、ADPCM値として0を使わず、1〜15の範囲の値だけを利用します。

従って、変化率の範囲は-7〜+7となります。

pPCMCnv.exe(P/ECE開発環境の音声データ作成ツール)を使ってADPCM形式の音声データを作成した場合、ADPCM値0が含まれることは絶対にありません。

もしも、ADPCM形式の音声データにADPCM値0が含まれていた場合、P/ECEカーネルのADPCMデコーダの動作は予測不能となります。

音声データ作成ツールを自作したりする場合は、要注意です。



P/ECE方式の全てのADPCM値の意味を表にすると、次のようになります。



	


	
P/ECE

	
ADPCM値
変化率
実際の変化量

	
 0
-8
使用不可!!

	
 1
-7
−予測変化単位量×7

	
 2
-6
−予測変化単位量×6

	
 3
-5
−予測変化単位量×5

	
 4
-4
−予測変化単位量×4

	
 5
-3
−予測変化単位量×3

	
 6
-2
−予測変化単位量×2

	
 7
-1
−予測変化単位量×1

	
 8
 0
0

	
 9
 1
＋予測変化単位量×1

	
10
 2
＋予測変化単位量×2

	
11
 3
＋予測変化単位量×3

	
12
 4
＋予測変化単位量×4

	
13
 5
＋予測変化単位量×5

	
14
 6
＋予測変化単位量×6

	
15
 7
＋予測変化単位量×7

	



YM2608方式では予測変化量を中心に1/8倍〜15/8倍までカバーしていたのに較べ、P/ECE方式では予測変化単位量を最小単位として0倍〜7倍までをカバーします。

増加方向または減少方向の一方に注目して、カバーできる範囲の中央を予測変化量と考えると、



	P/ECE方式における予測変化量は、予測変化単位量の3.5倍に相当する



ということになります。

# YM2608方式との対比のために予測変化量を持ち出しているだけで、あまり重要ではないので深く考えないで下さい。

# P/ECE方式のADPCMだけを考えるならば、予測変化量の概念は不要です。予測変化単位量だけを意識すれば充分です。



	

	PDF・Visio



P/ECE方式において、予測変化単位量の初期値を16と定めることは、予測変化量の初期値を16×3.5 = 56に定めていることと同じです。

(YM2608方式における予測変化量の初期値127に較べると半分弱ですけれど、この程度の違いは個々の方式の調整の範疇だと思います。)



さて初期状態では(仮想的な)前回のPCM値が0、予測変化単位量が16ですので、最初のADPCM値でカバーできる範囲は次のようになります。



	

	PDF・Visio



最初のADPCM値を13、としましょう。一回目のPCM出力値は80、ということになります。



	

	PDF・Visio



次回のために、予測変化単位量を更新します。

予測変化量は16×3.5 = 56でしたが、実際の変化量はそれよりも大きな値(80)でした。

そこで、次回の変化量も56より大きいだろう見込んで、予測変化量をより大きな値に修正します。

予測変化量は予測変化単位量に比例しますから、結局、予測変化単位量を大きくすればいいわけです。



予測変化単位量を修正する計算式は、今回の変化率の絶対値によって決まります。

今回の変化率の絶対値(|変化率|)と、予測変化単位量を修正する計算式との対応は、次のとおりです。



	


	
|変化率|
予測変化単位量を修正する計算式

	
0
次回の予測変化単位量←今回の予測変化単位量×233÷256

	
1


	
2


	
3


	
4
次回の予測変化単位量←今回の予測変化単位量×310÷256

	
5
次回の予測変化単位量←今回の予測変化単位量×375÷256

	
6
次回の予測変化単位量←今回の予測変化単位量×453÷256

	
7
次回の予測変化単位量←今回の予測変化単位量×549÷256

	



ちょっと本題から外れて、YM2608方式とP/ECE方式の係数を比較してみることにします。



	


	
|変化率|
YM2608
P/ECE

	
0
 57÷64 =  89%
233÷256 =  91%

	
1
              


	
2
              


	
3
              


	
4
 77÷64 = 120%
310÷256 = 121%

	
5
102÷64 = 159%
375÷256 = 147%

	
6
128÷64 = 200%
453÷256 = 177%

	
7
153÷64 = 239%
549÷256 = 214%

	



だいたい同じ傾向ですけれど、|変化率|が6〜7あたりの係数にやや開きがありますね。

このあたりが、各ADPCM方式特有の調整に依存する部分なのだと思います。



話を元に戻して、今回の|変化率|は5、予測変化単位量は16でしたから、次回の予測変化単位量は



	16×375÷256 = 23



となります。



	

	PDF・Visio







二回目のADPCM値でカバーできる範囲を示します。



	

	PDF・Visio



二回目のADPCM値を6、としましょう。二回目のPCM出力値は34、ということになります。

また、三回目の予測変化単位量は、



	23×233÷256 = 20



となります。



	

	PDF・Visio



以上のような手順の繰り返しでADPCM→PCM変換(デコード)を行うのが、PIECE方式のADPCMです。







今回は、PIECE方式のADPCMのADPCM→PCM変換(デコード)の手順を追ってみました。

次回は、PIECE方式のADPCMのPCM→ADPCM変換(エンコード)の手順を追ってみます。



ところで今回説明したP/ECE方式のデコード処理において、YM2608方式には存在した手順が一つ抜けていることに気付きましたか？

予測変化(単位)量が小さくなりすぎないよう、あるいは大きくなりすぎないよう、上限下限を設けてクリッピングする処理です。

P/ECE方式のデコード処理では、予測変化単位量が小さくなりすぎたり、大きくなりすぎたりしないのでしょうか？

実は、大丈夫です。

ちょっと次回を先取りして説明すると、予測変化単位量が小さくなりすぎないよう、エンコード時にADPCM値に細工しておくのです。

また、各パラメータの特性により、予測変化単位量がオーバーフローするほどに大きくなることは絶対にありません。

従って、P/ECE方式のデコード処理では、予測変化単位量の上限下限クリッピング処理が不要です。

クリッピング処理不要な分、P/ECEカーネルのADPCMデコード処理が軽くなるわけで、これはP/ECE方式の利点の一つです。

詳しくは次回。



(続きます...)