Pour diminuer le débit nécessaire au signal numérique sans perte de qualité de numérisation, une première idée serait de ne quantifier que la différence entre deux échantillons. Les signaux étant continus, la différence d'amplitude entre deux échantillons est alors beaucoup plus faible que la valeur d'un échantillon, elle nécessite donc moins de bits pour être quantifiée.
En pratique cette technique n'apporte pas un gain important. On préfère utiliser des systèmes capables de synthétiser un signal à partir de quelques éléments caractéristiques de celui ci. On appel cela un prédicteur.
La prédiction ou extrapolation du signal n’est possible que si certaines conditions caractéristiques statistiques du signal sont connues. Un signal parfaitement aléatoire dont on ne connaît rien ne pourra être extrapolé.
On utilise ensuite des algorithmes adaptatifs pour coder la différence d’amplitudes entre un échantillon et la valeur estimée par un prédicteur. Cette différence est alors quantifiée sur un nombre restreint de bits.
Schéma de fonctionnement de l'encodeur adaptatif, Adaptative Différential Pulse Code Modulation ADPCM :
- se(t) est le signal que l'on souhaite numériser.
- se*(t) est le signal généré par le prédicteur, celui ci n'est pas parfait il y a donc une différence entre le signal prédit et le signal que l'on souhaite numériser. C'est cette différence qui est quantifiée : se-se*
On remarquera que le prédicteur améliore à tout instant sa prédiction en utilisant l'échantillon précédant pour prédire le suivant.
Schéma de fonctionnement du décodeur :
Le même prédicteur commet la même erreur sur la prédiction du signal au niveau du décodeur. En additionnant l'erreur déquantifiée avec le signal estimé, on retrouve le signal analogique du début.
Il existe de nombreuses implantations de cette méthode, elles diffèrent par le choix du prédicteur qui lui même dépend du signal à numériser.
Exemples :
- Le format ADPCM implanté sous Windows effectue un codage sur 4 bits. Il permet donc d’obtenir un rapport de compression de 4 pour 1 par rapport à un codage en PCM sur 16 bits.
- Les codecs GSM ( Global System Mobile ) et CELP ( Code Excited Linear Prediction ) fonctionnent avec des prédicteurs linéaires. On transmet directement les caractéristiques du signal afin de faire fonctionner correctement le prédicteur. C'est en quelques sorte l'équivalent du codage vectoriel d'une image. Avec un codec GSM on obtient un débit de 13 kb/s sur un signal vocal pour une qualité identique au PCM 64 kb/s.
