ビットレートの削減

ビットレートリダクション（BRR）はビットレートリダクションとも呼ばれ、スーパーファミコンに搭載されているSPC700サウンドコプロセッサや、フィリップスCD-i、プレイステーション、アップルマッキントッシュQuadraシリーズのオーディオプロセッサで使用されているオーディオ圧縮方式です。^{[1]この方式は}ADPCM の一種です。

BRR は、16 個の 16 ビットPCMサンプルの連続シーケンスをそれぞれ 9バイトのブロックに圧縮します。各ブロックの最初のバイトは、上位から下位の順に、ブロックの範囲を示す 4 ビット (下記参照)、フィルターを示す 2 ビット、および SPC700 の制御情報を示す 2 ビットで構成されます (下記参照)。残りの 8 バイトは、16 個のサンプルに対応する 16 個の符号付き 4 ビット ニブルで構成され、ビッグ エンディアン方式で圧縮されます。32 バイトの入力が 9 バイトの出力になるため、BRR アルゴリズムは 3.56:1 の圧縮率をもたらします。

解凍アルゴリズム

フィルタと範囲を持つブロック内のニブルn は、次の 2 次線形予測方程式を使用してPCM サンプルにデコードする必要があります。 ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle s_{t}}$

${\displaystyle s_{t}=2^{r}n+k_{1}s_{t-1}-k_{2}s_{t-2}}$

ここで、およびはそれぞれ最後の出力と最後から2番目の出力のPCMサンプルです。フィルタタイプは、次の表を使用してIIR予測係数に変換されます。 ${\displaystyle s_{t-1}}$ ${\displaystyle s_{t-2}}$ ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle k}$

フィルターf	k 1	k 2
0	0	0
1	15/16	0
2	61/32	15/16
3	115/64	13/16

これらの計算はすべて符号付き 16.16固定小数点演算で実行されます。

あるいは言葉で言えば:

• フィルタ 0 は、サンプルのビットダウン量子化バージョンを線形デコードします。 ${\displaystyle r}$
• フィルタ 1 は、ビットダウン量子化されたサンプルを、以前の下げられた入力 (デルタ パックまたは差分コーディング) に追加します。 ${\displaystyle r}$
• フィルター 2 と 3 は、最後の 2 つのサンプルからの線形外挿に、サンプルのビットダウン量子化バージョンを追加します (2 次微分符号化)。 ${\displaystyle r}$

上記のフィルタの係数は、符号化されたビットストリームのエラーに対する耐性が高いリーキー積分器を実現するために、1または2よりわずかに小さい値に指定されています。理想的な積分器のインパルス応答はステップ関数であるため、そうでない場合、エラーが無限に伝播する可能性があります。分母は2のべき乗で、高価なハードウェア乗算器ではなく、ビットシフトによる実装を容易にします。

PlayStation APU と Philips CD-i CDIC は、上記に別の係数セットを追加して並べ替え、合計 8 つのフィルタのうち 5 つの固有のフィルタを作成します (これらは、グリーン ブックとイエロー ブックの仕様に基づいています)。

フィルターf	k 1	k 2
0	0	0
1	15/16	0
2	115/64	13/16
3	49/32	55/64
4	61/32	15/16

これらの計算はすべて符号付き 16.16固定小数点演算で実行されます。

参考文献

1. "68kMLA".

• SPC 700 ドキュメント
• 米国特許第4,685,115号 [BRRの元となったシステムの始まり]
• 米国特許第4,783,792号 [BRRに向けたさらなる発展]
• 米国特許4,797,902 [BRR; 係数の例は21ページに掲載されています]
• 米国特許第4,829,522号 [ミニディスクなどのディスク媒体からの読み取りにエラー訂正を考慮した補間機能を備えたBRR 。最終的なミニディスク実装ではBRRは使用されなかった]
• 米国特許5,041,830 [BRRシフト/量子化]
• 米国特許5,070,515 [BRRエンコーディング/ノイズシェーピング; 係数の例は23ページに掲載されています]
• 米国特許5,086,475 [BRRループ、エンコードのためのピッチ/周波数検出]
• 米国特許 5,111,530 [ SNESおよびPlayStation APUの DSP の動作に関するかなり具体的な特許]
• 米国特許第5,128,963号 [BRRとなったシステムに関する後の特許]
• 米国特許第5,166,981号 [BRRのエンコードを支援するためのLPC分析の使用]
• 米国特許第5,303,374号 [BRRのエンコードを支援する予測誤差生成器。係数は6ページに掲載]
• 米国特許5,430,241 [BRRループ、エンコードのためのピッチ/周波数検出、5,086,475に類似]
• 米国特許第5,519,166号 [BRRループ、エンコードのためのピッチ/周波数検出、5,430,241号の継続]
• 米国特許 5,978,492 [ソニー プレイステーションの CD-XA における BRR ]

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