G.711 A律 U律


將16bits的pcm信號編碼成8bits樣本進行傳輸,在網上查了下,有基於G.711標准的兩種算法(A-law, u-law)

G711
也稱為PCM(脈沖編碼調制),是國際電信聯盟訂定出來的一套語音壓縮標准,主要用於電話。它主要用脈沖編碼調制對音頻采樣,采樣率為8k每秒。它利用一個64Kbps未壓縮通道傳輸語音訊號。起壓縮率為1:2,即把16位數據壓縮成8位。G.711是主流的波形聲音編解碼器。
G.711 標准下主要有兩種壓縮算法。一種是µ-law algorithm (又稱often u-law, ulaw, mu-law),主要運用於北美和日本;另一種是A-law algorithm,主要運用於歐洲和世界其他地區。其中,后者是特別設計用來方便計算機處理的。這兩種算法都使用一個采樣率為8kHz的輸入來創建64Kbps的數字輸出。a-law也叫g711a,輸入的是13位(其實是S16的高13位).

壓縮過程

(1)取符號位並取反得到s,

(2)獲取強度位eee,獲取方法如圖所示

(3)獲取高位樣本位wxyz

(4)組合為seeewxyz,將seeewxyz逢偶數為取補數,編碼完畢

 

 

//aLaw 0000000 abcd x <=> 000 abcd 0000001 abcd x <=> 001 abcd 000001 abcd xx <=> 010 abcd 00001 abcd xxx <=> 011 abcd 0001 abcd xxxx <=> 100 abcd 001 abcd xxxxx <=> 101 abcd 01 abcd xxxxxx <=> 110 abcd 1 abcd xxxxxxx <=> 111 abcd //uLaw 00000001 abcd x <=> 000 abcd 0000001 abcd xx <=> 001 abcd 000001 abcd xxx <=> 010 abcd 00001 abcd xxxx <=> 011 abcd 0001 abcd xxxxx <=> 100 abcd 001 abcd xxxxxx <=> 101 abcd 01 abcd xxxxxxx <=> 110 abcd 1 abcd xxxxxxxx <=> 111 abcd

 

示例:

輸入pcm數據為3210,二進制對應為(0000 1100 1000 1010)

二進制變換下排列組合方式(0 0001 1001 0001010)

(1)獲取符號位最高位為0,取反,s=1

(2)獲取強度位0001,查表,編碼制應該是eee=100

(3)獲取高位樣本wxyz=1001

(4)組合為11001001,逢偶數為取反為10011100

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把16bit的音頻數據轉為8bit。

 

最簡單的方式是均勻量化, >>8 (右移8位),但這樣做會使得聲音的噪音變大。

 

最好的做法是使用非均勻量化(如A-Law),其原理是對於小音量的聲音,其蘊含的信息量更大,人耳對小音量

 

更敏感;而大音量部分則影響沒那么大。因此使用非均勻量化的方式,對於小音量部分保留更多的數據,大音量部分則保留更少的數據。具體實現如下:

 

這里選擇A-Law(A律)算法,也可以用uLaw(μ律),兩種算法可相互轉化。

 

令量化器過載電壓為1,相當於把輸入信號進行歸一化,那么A律對數壓縮定義為:

 

當0 <= x <= 1/A時,f(x)=(Ax)/(1+lnA)

 當1/A <= x <= 1時,f(x)=(1+lnAx)/(1+lnA)

 

在現行的國際標准中A=87.6,此時信號很小時(即小信號時),從上式可以看到信號被放大了16倍,

 這相當於A壓縮率與無壓縮特性比較,對於小信號的情況,量化間隔比均勻量化時減小了16倍,

 因此,量化誤差大大降低;而對於大信號的情況例如x=1,量化間隔比均勻量化時增大了5.47倍,

 量化誤差增大了。這樣實際上就實現了“壓大補小”的效果。

圖形曲線如下(只畫出正數部分,對於負數也是同樣的道理)(這里用了歸一化):

 

 

 

 

但是要在程序中實現該曲線,比較復雜。因此這里使用8段折線來近似表示。

 

把x軸划分為不均勻的8份,第一點取1/2處,第二點取1/4處,第三點取1/8處……第七點取1/128.

 

把y軸划分為均勻的8分段。

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