ima adpcm 转换 pcm

1. 核心原理

IMA ADPCM 是一种基于差分编码的压缩格式，仅存储相邻样本的差值（delta），而非原始PCM值。解码过程通过步长自适应算法重建原始PCM信号。

2. 关键数据结构

(1) 步长表 (Step Table)

固定表，包含89个步长值（16位整数）：

const int16_t step_table[89] = {
    7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 31, 34, 37, 41, 45,
    50, 55, 60, 66, 73, 80, 88, 97, 107, 118, 130, 143, 157, 173, 190, 209, 230,
    253, 279, 307, 337, 371, 408, 449, 494, 544, 598, 658, 724, 796, 876, 963, 1060,
    1166, 1282, 1411, 1552, 1707, 1878, 2066, 2272, 2499, 2749, 3024, 3327, 3660,
    4026, 4428, 4871, 5358, 5894, 6484, 7132, 7845, 8630, 9493, 10442, 11487, 12635,
    13899, 15289, 16818, 18500, 20350, 22385, 24623, 27086, 29794, 32767
};

(2) 索引表 (Index Table)

控制步长调整方向：

const int8_t index_table[16] = {
    -1, -1, -1, -1, 2, 4, 6, 8,
    -1, -1, -1, -1, 2, 4, 6, 8
};

3. 解码步骤

(1) 初始化状态

int16_t prev_sample = initial_sample;  // 从文件头读取的初始PCM值
int step_index = initial_step_index;   // 从文件头读取的初始步长索引

(2) 处理每个4位Nibble

for (each input_byte in adpcm_data) {
    // 拆解高低4位
    uint8_t high_nibble = (input_byte >> 4) & 0x0F;  // 高4位
    uint8_t low_nibble  = input_byte & 0x0F;         // 低4位

    // 分别处理两个nibble
    decode_nibble(high_nibble);
    decode_nibble(low_nibble);
}

(3) Nibble解码函数

void decode_nibble(uint8_t nibble) {
    // 计算当前步长
    int32_t step = step_table[step_index];

    // 计算差值 (delta)
    int32_t diff = step >> 3;
    if (nibble & 1) diff += step >> 2;
    if (nibble & 2) diff += step >> 1;
    if (nibble & 4) diff += step;
    if (nibble & 8) diff = -diff;  // 符号处理

    // 更新PCM样本
    prev_sample += diff;
    prev_sample = clamp(prev_sample, -32768, 32767);  // 限幅

    // 更新步长索引
    step_index += index_table[nibble & 0x07];
    step_index = clamp(step_index, 0, 88);  // 确保在0-88范围内

    // 输出PCM样本
    pcm_output(prev_sample);
}

4. 文件结构处理

WAV文件中的IMA ADPCM

块头结构 (每个数据块前4字节)：

struct BlockHeader {
  int16_t initial_sample; // 块起始PCM值
  uint8_t step_index;     // 块起始步长索引
  uint8_t reserved;       // 保留字节 (常为0)
};

处理流程：
1. 读取块头 → 初始化 prev_sample 和 step_index
2. 解码块内压缩数据（每字节含2个样本）
3. 重复至文件结束

5. 注意事项

字节序：WAV文件使用小端字节序，需转换
声道处理：立体声需交替解码左右声道
采样精度：输出PCM通常为16位有符号整数
性能优化：使用查表法加速计算

完整C语言示例

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// 步长表和索引表（同上）

void ima_adpcm_to_pcm(const uint8_t* adpcm, size_t size, int16_t* pcm, 
                      int16_t init_sample, int init_step) {
    int16_t sample = init_sample;
    int step_index = init_step;
    size_t pcm_idx = 0;

    for (size_t i = 0; i < size; i++) {
        uint8_t byte = adpcm[i];

        // 处理高4位
        uint8_t nibble = (byte >> 4) & 0x0F;
        // 解码逻辑（见步骤3）
        // ... 更新 sample 和 step_index
        pcm[pcm_idx++] = sample;

        // 处理低4位
        nibble = byte & 0x0F;
        // ... 相同解码逻辑
        pcm[pcm_idx++] = sample;
    }
}

// 实际使用需添加块头处理、多通道支持等