G.711编码原理及代码
最近看语音编码，发现网上大都只给出了G711的代码，确没有介绍原理，尽管很简单，但直接看代码也是有点摸不着。下面找到了原理进行简要的叙述，并给出了在网上找到的代码。
1.介绍：
G.711
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。G.711采用一种称为分组丢失隐藏(PLC)的技术来减少丢包带来的实际影响。有效的信号带宽在静默期间通过语音活动检测(VAD)这一过程被减小。
2.原理概述：
G.711编码方式将14bits（采用16bits采样与存储）的PCM信号编码成8bits的样本进行传输。
原理：取影响较为重要的位编码成8位（保留重要位），比如下面的数据，前N较具有影响力，（以下2组数据，N=5）
0000 0001 1111 1111 (511)
0000 0001 1111 0000 (496)
0001 1111 1111 1111 (8191)
0001 1111 0000 0000 (7936)
3.alaw编码规则：
取影响最大的5位（1位为强度位，4位样本位），sign为样本的符号位，同时编码后的数据逢偶数为取补数。即^0xD5。编码表如下，s位符号位正数时s=1。
比如pcm=3210（0000 1100 1000 1010）2
1. int sign = pcm & 0x8000) >> 8;
S=1;
2. 取强度位
0 0001 10010001010
Xs = 100
3. 取高位样本
0 0001 10010001010
wxyz = 1001
4. 結合以上数字
s xxx wxyz
1 100 1001
5. 逢偶位数取补数
1 1001001
1 0011100
4.ULaw编码规则：
1.取得范围值，得到8-bit基本值
2.取得间隔数值size。如图所示：
3.取得區間基本值rb(ex2015)
4.算出與區間基本值rb的距離d d = rb - sample
5.依據間距大小size，算出平移量s = d / size
6.與8-bit基本值相加output = b + s
| 7903 |
8159 4319 |
| 4063 |
4063 2143 |
| 2015 |
2015 1055 |
| 991 |
991 511 |
| 479 |
479 239 |
| 223 |
223 103 |
| 95 |
95 35 |
| 31 |
31 3 |
| 0 |
1 0 |
範例 ： 2345 => 0x9D
1.取得範圍值
range => 4063~2015
1-1.得到8-bit基本值
b = 0x90
2.取得間隔數值
size = 128
3.取得區間基本值
| 4063 |
4063 2143 |
rb = 4063
4.算出與區間基本值rb的距離d
d = rb – sample = 4063 – 2345 = 1718
5.依據間距大小size，算出平移量
s = d / size = 1718 / 128 = 13.42… => 13
6.與8-bit基本值相加
output = b + s = 0x90 + 13 = 9D
5.代码
- //编码
- int CG711Decoder::G711_EnCode(unsigned char* pCodecBits, const char* pBuffer, int nBufferSize)
- {
- short* buffer = (short*)pBuffer;
- for(int i=0; i
- {
- pCodecBits[i] = encode(buffer[i]);
- }
- return nBufferSize/2;
- }
- //解码
- int CG711Decoder::G711_Decode(char* pRawData, const unsigned char* pBuffer, int nBufferSize)
- {
- short *out_data = (short*)pRawData;
- for(int i=0; i
- {
- out_data[i] = decode(pBuffer[i]);
- }
- return nBufferSize*2;
- }
- #define MAX (32635)
- unsigned char CG711Decoder::encode(short pcm)
- {
- int sign = (pcm & 0x8000) >> 8;
- if (sign != 0)
- pcm = -pcm; //最高位，符号位
- if (pcm > MAX) pcm = MAX; //max=32635
- int exponent = 7;
- int expMask;
- for (expMask = 0x4000; (pcm & expMask) == 0 ///bit14->14-7，找到高字节中第一个不为0的位
- && exponent>0; exponent--, expMask >>= 1) { }
- int mantissa = (pcm >> ((exponent == 0) ? 4 : (exponent + 3))) & 0x0f;
- unsigned char alaw = (unsigned char)(sign | exponent << 4 | mantissa);
- return (unsigned char)(alaw^0xD5); //11010101
- }
- short CG711Decoder::decode(unsigned char alaw)
- {
- alaw ^= 0xD5;
- int sign = alaw & 0x80;
- int exponent = (alaw & 0x70) >> 4;
- int data = alaw & 0x0f;
- data <<= 4;
- data += 8;
- if (exponent != 0)
- data += 0x100;
- if (exponent > 1)
- data <<= (exponent - 1);
- return (short)(sign == 0 ? data : -data);
- }