G.711 A律 U律

将16bits的pcm信号编码成8bits样本进行传输，在网上查了下，有基于G.711标准的两种算法（A-law, u-law）

G711
也称为PCM（脉冲编码调制），是国际电信联盟订定出来的一套语音压缩标准，主要用于电话。它主要用脉冲编码调制对音频采样，采样率为8k每秒。它利用一个64Kbps未压缩通道传输语音讯号。起压缩率为1：2，即把16位数据压缩成8位。G.711是主流的波形声音编解码器。
G.711 标准下主要有两种压缩算法。一种是µ-law algorithm （又称often u-law, ulaw, mu-law），主要运用于北美和日本；另一种是A-law algorithm，主要运用于欧洲和世界其他地区。其中，后者是特别设计用来方便计算机处理的。这两种算法都使用一个采样率为8kHz的输入来创建64Kbps的数字输出。a-law也叫g711a,输入的是13位（其实是S16的高13位）.

压缩过程

（1）取符号位并取反得到s，

（2）获取强度位eee，获取方法如图所示

（3）获取高位样本位wxyz

（4）组合为seeewxyz，将seeewxyz逢偶数为取补数，编码完毕

 

 

//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：

输入pcm数据为3210，二进制对应为（0000 1100 1000 1010）

二进制变换下排列组合方式（0 0001 1001 0001010）

（1）获取符号位最高位为0，取反，s=1

（2）获取强度位0001，查表，编码制应该是eee=100

（3）获取高位样本wxyz=1001

（4）组合为11001001，逢偶数为取反为10011100

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把16bit的音频数据转为8bit。

 

最简单的方式是均匀量化， >>8 （右移8位），但这样做会使得声音的噪音变大。

 

最好的做法是使用非均匀量化（如A-Law），其原理是对于小音量的声音，其蕴含的信息量更大，人耳对小音量

 

更敏感；而大音量部分则影响没那么大。因此使用非均匀量化的方式，对于小音量部分保留更多的数据，大音量部分则保留更少的数据。具体实现如下：

 

这里选择A-Law（A律）算法，也可以用uLaw（μ律），两种算法可相互转化。

 

令量化器过载电压为1,相当于把输入信号进行归一化，那么A律对数压缩定义为：

 

当0 <= x <= 1/A时，f(x)=(Ax)/(1+lnA)

 当1/A <= x <= 1时，f(x)=(1+lnAx)/(1+lnA)

 

在现行的国际标准中A=87.6，此时信号很小时(即小信号时)，从上式可以看到信号被放大了16倍，

 这相当于A压缩率与无压缩特性比较，对于小信号的情况，量化间隔比均匀量化时减小了16倍，

 因此，量化误差大大降低；而对于大信号的情况例如x=1，量化间隔比均匀量化时增大了5.47倍，

 量化误差增大了。这样实际上就实现了“压大补小”的效果。

图形曲线如下（只画出正数部分，对于负数也是同样的道理）（这里用了归一化）：

 

 

 

 

但是要在程序中实现该曲线，比较复杂。因此这里使用8段折线来近似表示。

 

把x轴划分为不均匀的8份，第一点取1/2处，第二点取1/4处，第三点取1/8处……第七点取1/128.

 

把y轴划分为均匀的8分段。

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