G711音频编码

原理

PCM是对模拟的连续信号进行抽样。
G711则是对PCM数据进行再一次的抽样。
G711主要是对16bit的PCM进行抽样，取到PCM的高位数据，去掉低位的数据，并且只保留8位。这样压缩的比率就达到了2:1。可知是有损压缩。

这里主要讨论G711a.

编码过程

bit: 0--1--2--3--4--5--6--7--8--9--10--11--12--13--14--15
     0----符号位s
 *  Linear Input Code   Compressed Code
 *  ---------------------------------------
 *  0000000wxyza            000wxyz
 *  0000001wxyza            001wxyz
 *  000001wxyzab            010wxyz
 *  00001wxyzabc            011wxyz
 *  0001wxyzabcd            100wxyz
 *  001wxyzabcde            101wxyz
 *  01wxyzabcdef            110wxyz
 *  1wxyzabcdefg            111wxyz
接下来的部分就是寻找声音的强度位。
按上表，共有8个级别。
标记为seg。
然后取强度位之后的4位作为样本位wxyz
最终经过编码以后
就变成了：s(取反)+3位强度位+4位样本位总共8位数据。

代码

//强度表
static short seg_aend[8] = {0x1F, 0x3F, 0x7F, 0xFF, 0x1FF, 0x3FF, 0x7FF, 0xFFF};
//寻找当前的强度位，其实就是前八位的匹配
/*前八位可能性
0x0000 0000
0x0000 0001      
0x0000 0010   
0x0000 0100  
0x0000 1000
0x0001 0000
0x0010 0000
0x0100 0000
*/
static int search(int val, short    *table, int size)
{
    int i;

    for (i = 0; i < size; i++) {
        if (val <= *table++)
            return (i);
    }
    return (size);
}

//编码
unsigned char pcm2g711a(int pcm_val)
{
    int     mask;
    int     seg;
    unsigned char   aval;

    if (pcm_val >= 0) { //正数
        mask = 0xD5;    //0x 1101 0101
    } else {            //负数
        mask = 0x55;    //0x 0101 0101
        pcm_val = -pcm_val - 1; //取反减1 0x0000 0001
    }
    //mask作用，符号位取反，偶数位取反

    //找到高位对应的数值表所在位置
    seg = search(pcm_val, seg_end, 8);

    //组合符号位，高位，和高位样本位
    if (seg >= 8)       //寻找表里最大，直接返回最大值
        return (0x7F ^ mask);
    else {
        aval = seg << SEG_SHIFT;   //左移4位 取得高位，并且最低四位为0000
        if (seg < 2)               //原值seg为0或者1;
            aval |= (pcm_val >> 1) & QUANT_MASK; //右移四位，取样本位
        else                       //原值seg为2，3，4，5，6,7
            aval |= (pcm_val >> seg) & QUANT_MASK;//右移seg+3位取样本位
        return (aval ^ mask);      //高位组合样本为，并且符号位取反
    }
}

解码过程

拿到8位的g711编码数据后
与0x55亦或，还原偶数位，并取强度位。
取得样本位.
根据强度位+还原样本,放大还原。
通过符号位的值取反得到pcm数据的正负。

代码

//解码
short alaw2pcm(
            unsigned char   a_val)
{
    short t;
    short seg;
    
    a_val ^= 0x55;
    
     //后四位a_val即强度样本位
    t = (a_val & QUANT_MASK) << 4;//左移放大，对其强度样本位
    //强度位
    seg = ((unsigned)a_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
  
    switch (seg) {
        case 0:      //强度位为0，即0x0000 0000
            t += 8;  //即0x0000 0000 0000 1000+强度样本位
            break;
        case 1:      //强度位为1，即0x0000 0001
            t += 0x108;//即0x0000 0001 0000 1000+强度样本位
            break;
        default:     //强度位为2-7
            t += 0x108;//即0x0000 0001 0000 1000+强度样本位
            t <<= seg - 1; //左移恢复原本数量级
    }
    //符号位
    return ((a_val & SIGN_BIT) ? t : -t);
}