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、Apple Macintosh 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に付けられた名前です。^{[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)、16 個の可能な値間のステップ サイズを制御する (16 個の値が近い場合は微細な変化を記録できますが、16 個の値が離れている場合は微細な変化が失われます)、フィルターを示す 2 ビット(下記参照)、および SPC700 の制御情報 2 ビットで構成されます。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パックされます。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。

フィルター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}$

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。

あるいは言葉で言うと:

• フィルタ 0 は、サンプルのビットダウン量子化されたバージョンを線形にデコードします。${\displaystyle r}$
• フィルター 1 は、サンプルのビットダウン量子化バージョンを、下げられた前の入力 (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 次微分コーディング)。${\displaystyle r}$

上記のフィルタの係数は、エンコードされたビットストリームのエラーに対してより耐性のある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。そうしないと、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、エラーが無限に伝播する可能性があります。分母は 2 の累乗であり、より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 つのフィルターのうち 5 つの固有のフィルターを作成します (これらはGreen BookおよびYellow Bookの仕様に基づいています)。

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。

• SPC 700 ドキュメント
• 米国特許 4,685,115 [BRR となったシステムの始まり]
• 米国特許 4,783,792 [BRRに向けたさらなる開発]
• 米国特許 4,797,902 [BRR; 係数の例は 21 ページにあります]
• 米国特許 4,829,522 [ MiniDiscなどのディスク媒体からの読み取り用にエラー訂正を考慮した補間機能を備えた BRR 。最終的な MiniDisc 実装では BRR は使用されませんでした]
• 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 ページにあります]
• 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 5,128,963 [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 5,303,374 [BRR のエンコードを支援する予測誤差ジェネレータ。係数は 6 ページに記載されています]
• 米国特許 5,430,241 [BRR ループ、エンコード用のピッチ/周波数検出、5,086,475 に類似]
• 米国特許 5,519,166 [BRR ループ、エンコードのためのピッチ/周波数検出、5,430,241 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 に関する BRR ]