语音信号的A率(或u率)压缩算法

g711编码原理

g711编码原理
G.711编码原理
G.711编码是一种常用的音频编码标准，用于将模拟语音信号转换为数字信号，以提高通信效率和节省带宽。

本文将介绍G.711编码的基本原理.
G.711编码使用了基于时域的脉冲编码调制（PCM）技术，将模拟语音信号进
行采样和量化，然后将其转换为数字信号以进行传输. G.711编码标准主要包括两
种压缩算法：μ律编码（μ-law）和A律编码（A-law）.
μ律编码是在北美和日本广泛使用的一种算法，而A律编码则是在欧洲和国际
上使用的一种算法. 这两种编码算法在原理上相似，都是将模拟信号映射到更小的
动态范围内以减小信号的位数.
在μ律编码中，信号的动态范围被分为255个离散级别. 较大幅度的信号将被
映射为较小的幅度，而较小幅度的信号将被映射为较大的幅度. 这种非线性映射允
许更高的精度分配给较小幅度的信号.
在A律编码中，信号的动态范围被分为一个更精细的离散级别，共有87个级别. 类似于μ律编码，A律编码也将较大幅度的信号映射为较小的幅度，反之亦然.
G.711编码使用8位字节表示每个采样样本，通过这种方式将带宽减小到64 kbps. 这使得G.711编码在语音传输和存储中具有广泛的应用.
总结一下，G.711编码是一种常用的音频编码标准，它通过采样、量化和非线
性映射的过程，将模拟语音信号转换为数字信号以实现高效传输. 在实际的应用中，人们可以根据地区使用的标准选择μ律编码或A律编码算法来进行编码过程。

语音的压缩编码

应用于声音的传输（通信）:
长途电话 (8 KHz x 8 bit x 1), 时分多路复用TDM (time-division multiplexing)
应用于全频带数字声音的表示/存储:
CD-DA（CD唱片），DAT (44.1 KHz x 16 bit x 2)
原理：声音信号具有很强的相关性，可从已知信号来预测未知信号, 即使用前面的样本预测当前的样本，实际样本值与预测值之间的误差往往很小。利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值，效果：量化位数可以显著减少，从而降低了总的码率。
+
预测值
差值
重建信号
DPCM
编码输出
CCITT G.721 ADPCM编码器
A
量化阶适配器
自适应
( 4 位 )
6阶自适应线性预测， 4位的自适应量化器，输出码率： 8k x 4 = 32 kbps
ADPCM 小结
PCM话音质量 4.5级 ADPCM话音质量 4.34级,码率降低一倍(32 kbps)。 ADPCM应用：数字语音通信多媒体应用中的语音（解说词）
ADPCM自适应差分脉冲编码调制 (Adaptive Differential PCM)
增量调制(DM)
差分脉冲编码调制 DPCM
实际样本值
利用样本与样本之间存在的相关性进行编码，即根据前面的样本估算当前样本的大小，然后对预测误差进行量化编码。
差值
线性预测公式： Xn = A1*Xn-1 + A2*Xn-2 + ... + Am*Xn-m
举例
根据输入样本幅度的大小来改变量化阶大小。可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。

话音编码

x 为输入信号，规格化为－1<= x <=1 为输入信号，规格化为－为确定压缩量的参数， µ 为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比， 500。小量化间隔之比，取100 <= µ <= 500。
由于输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数由于输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。。
8
话音产生的数字模型
周期
周期脉冲序列发生器
声道参数
浊/清选择清选择
时变数字滤波器语音输出
伪随机噪声产生器
音量控制
9
话音技术的研究热点
话音压缩编码（ Coding）话音压缩编码（Speech Coding）话音识别（话音识别（Speech Recognition） Recognition）文本话音转换（文本话音转换（Text To Speech） Speech）
13
话音编译码器的分类
波形编译码器（波形编译码器（waveform coder）：不利用生 coder）：）：不利用生成话音的信号的任何知识，成话音的信号的任何知识，将话音视为一种普通的声音，直接对波形信号进行采样和量化。通的声音，直接对波形信号进行采样和量化。例如PCM、DPCM、ADPCM等例如PCM、DPCM、ADPCM等。音源编译码器（音源编译码器（Source coder）：也叫参数编 coder）：）：也叫参数编译码器、声码器（vocoder）。）。它从话音波形信译码器、声码器（vocoder）。它从话音波形信号中提取话音生成模型的参数，号中提取话音生成模型的参数，使用这些参数通过话音生成模型重构出话音。通过话音生成模型重构出话音。混合编译码器（ coder）：）：综合使用上混合编译码器（Hybrid coder）：综合使用上述两种技术。述两种技术。使用的激励信号波形尽可能接近于原始话音信号的波形。例如CELP CELP。于原始话音信号的波形。例如CELP。

A率算法

3、语音的A 律压缩与解压统计表明对于每一个讲话者来说，语音中小幅度成分出现的概率要比大幅度多得多，为了在语音信号的整个动态范围内都可以接受低电平信号，量化电平必须照顾到语音的低电平信号，极低电平的量化间隔要小，高电平的量化间隔要大。

压缩扩展技术能过借用3种方法实现：（1）模拟信号在到达ADC 前，即进行8比特量化前，首先通过一个非线性电路；（2）使用一个8比特ADC ，其内部量化电平取非均等间隔；（3）使用线性12比特ADC 然后借助于数字查表（12笔特输入，8比特输出）。

这三种方法都需要有非线性性功能，差别仅是非线性放在什么地方。

两个标准的压缩扩展特性曲线称为u 律和A 律，使CCITT 提出的G.711协议PCM 编码方式的一部分。

北美和日本使用u 律，欧洲使用A 律，两个算法使用了非线性，把量化间隔变换成人耳能检测的线性空间。

A 律限制采样值为12比特，A 律的压缩可以按照下列公式进行定义：)1||1(ln 1||ln 1)sgn()1||0(ln 1||)sgn()(≤≤++=≤≤+=x AA x A x A x A x A x x F式中，A 是压缩参数（在欧洲，A=87.6）x 是需要压缩的归一化整数。

从线性到A 律的压缩转换如下表所示：压缩后的码字组成：比特0-3表矢量化值，比特4-6表示段值，压缩后的码字符号放在比特7，为了简化未写出.A 律的扩展可定义为：)1)ln(11()ln()sgn())ln(110()]ln(1[)sgn()()]ln(1[1≤≤++=+≤≤+=+-y A A A A e y A y A A y y y F A y从1 0 0 a b c d 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 1 0 1 a b c d 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 1 1 0 a b c d 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 0 1 1 1 a b c d 1 a b c d 1 0 0 0 0 0 0II. 原理概述G ．711的两个标准的压缩扩展特性曲线称为A 律和μ律，是CCITT 提出的G.711协议PCM 编码方式的一部分。

语音信号压缩μ率

1语音信号压缩（μ律）原理1.1语音信号编码概念：语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。

PCM编码即脉冲编码调制。

波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulse code modulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。

脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。

量化：脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方式。

但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降。

国际上有两种非均匀量化的方法：A律和μ律，μ律是最常用的一种。

在美国，7位μ律是长途电话质量的标准。

而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM 编码芯片。

DPCM&ADPCM ：降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息量，这要消除语音信号中的冗余度。

相邻的语音样本之间存在明显的相关性，因此对相邻样本间的差信号进行编码，便可使信息量得到压缩。

因为差分信号比原语音信号的动态范围和平均能量都小。

这种编码叫Differential PCM,简称DPCM，即差分脉冲编码调制。

ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包括短时预测的编码系统。

CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM作为长途传输中的国际通用语音编码方案。

这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。

1.2压缩算法及压缩技术介绍1. 压缩算法的介绍用途抽样频率(kHz) 压缩标准或系统压缩技术码率(kbit/s)长途电话8 G.711G.726G.728PCMADPCMLD-CELP6440/32/24/1616移动电话8 GSMIS54/IS95G.729RPE/LTPVSELP/QSELPCS-ACELP13.216/8/4/2/18ISDN,会议电视1 G.722 SB-ADPCM 64/56/48 VCD 32/48 ISO/IEC10149 MPEG1 192/128/96表1 .1压缩算法表2. 压缩技术的介绍波形编码：直接对语音时域或频域波形样值进行编码。

语音信号压缩μ率

1语音信号压缩（μ律）原理1.1语音信号编码概念：语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。

PCM编码即脉冲编码调制。

波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulse code modulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。

脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。

量化：脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方式。

但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降。

国际上有两种非均匀量化的方法：A律和μ律，μ律是最常用的一种。

在美国，7位μ律是长途电话质量的标准。

而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM 编码芯片。

DPCM&ADPCM ：降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息量，这要消除语音信号中的冗余度。

相邻的语音样本之间存在明显的相关性，因此对相邻样本间的差信号进行编码，便可使信息量得到压缩。

因为差分信号比原语音信号的动态范围和平均能量都小。

这种编码叫Differential PCM,简称DPCM，即差分脉冲编码调制。

ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包括短时预测的编码系统。

CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM作为长途传输中的国际通用语音编码方案。

这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。

1.2压缩算法及压缩技术介绍1. 压缩算法的介绍用途抽样频率(kHz) 压缩标准或系统压缩技术码率(kbit/s)长途电话8 G.711G.726G.728PCMADPCMLD-CELP6440/32/24/1616移动电话8 GSMIS54/IS95G.729RPE/LTPVSELP/QSELPCS-ACELP13.216/8/4/2/18ISDN,会议电视1 G.722 SB-ADPCM 64/56/48 VCD 32/48 ISO/IEC10149 MPEG1 192/128/96表1 .1压缩算法表2. 压缩技术的介绍波形编码：直接对语音时域或频域波形样值进行编码。

DSP设计--语音压缩

DSP设计--语音压缩DSP课程设计实验报告语音压缩、存储与回放院（系）：设计人员：成绩：评语：指导教师签字：日期：工程设计50报告20答辩30总分目录一、设计任务书 (3)二、设计内容 (4)三、设计方案、算法原理说明 (4)四、程序设计、调试与结果分析 (9)五、设计（安装）与调试的体会 (20)六、参考文献 (23)一、设计任务书语音信号是信息的重要形式,语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。

本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。

1、设计要求及目标（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。

（2）采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。

（3）存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。

（4）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。

2、要求完成的任务（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。

（2）实现设计所要求的各项功能。

（3）按要求撰写设计报告。

3、实验目的（1）建立信号处理系统的概念，学会使用DSP处理器；（2）了解DSP处理系统的关键器件的使用方法；（3）掌握DSP课程设计的基本方法，巩固信号处理的基本理论知识；（5）掌握DSP集成开发环境的使用和调试方法；（6）掌握DSP片外资源和片上资源访问的基本方法，如存储器、定时器、McBSP、DMA、A/D和D/A转换器等。

4、设计思路语音信号的幅度（发音强度）并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。

达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。

ITU-TG.711建议的PCMA律和μ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。

a-law 压缩算法 c

A-law压缩算法是一种用于对音频信号进行压缩和编码的算法，通常用于数字通信系统中，以减小音频信号的动态范围并减小传输带宽。

以下是A-law压缩算法的C语言实现示例：```c#include <stdio.h>#include <math.h>#define A_LAW_BIAS 0x84 // A-law的偏置值#define MAX_AUDIO_VALUE 32767.0 // 16位音频的最大值// A-law压缩函数unsigned char compressALaw(short pcmValue) {const int A_LAW_MAX = 0x7FFF; // A-law的最大值if (pcmValue == A_LAW_MAX) {return 0x7F; // 最大A-law值} else {int sign = (pcmValue >> 8) & 0x80; // 符号位if (sign != 0) {pcmValue = -pcmValue; // 取负值}// 找到最高有效位int exponent = 7;for (int i = 0x4000; (pcmValue & i) == 0 && i != 0; i >>= 1) {exponent--;}// 计算A-law编码int mantissa = (pcmValue >> ((exponent == 0) ? 4 : (exponent + 3))) &0x0F;unsigned char alawValue = static_cast<unsigned char>(exponent << 4 | mantissa);return static_cast<unsigned char>(alawValue ^ (sign ^ A_LAW_BIAS));}}int main() {short pcmSample = 12345; // 16位PCM样本值unsigned char alawSample = compressALaw(pcmSample);printf("PCM Sample: %d\n", pcmSample);printf("A-law Sample: 0x%02X\n", alawSample);return 0;}```上述C语言代码演示了如何将16位PCM样本值使用A-law压缩算法进行压缩。

语音信号压缩编码原理及应用

语音信号压缩编码原理及应用随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。

语音是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式，是人们思想疏通和情感交流的最主要途径。

在实际的语音通信中，有些信道难以扩宽且质量很差；有些信道正被广泛使用，短期内难以更新；有些昂贵的信道，每压缩一个比特都意味着节省开支。

因此，语音压缩编码无疑在语音通信及人类信息交流中占有举足轻重的地位。

语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。

为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。

一，语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。

尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。

CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。

这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。

CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。

随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。

它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。

语音压缩方法综述

差分编码调制
问题的提出 DPCM的基本原理 DPCM的特点
DPCM的实际应用
DPCM的基本原理
话音信号的相关性
预测
传输样值差值实现通信的可能性
预测值的形成
量化误差与解码重建
话音信号的相关性
话音信号相邻抽样值之间存在很强的相关性
信源本身含有大量的无效成分或次要成分。
如果设法减少或者去除这些剩余成分，就可以大大提高通信的有效性。
ms t
xs t
化
码
信系统
码
通
ˆ xt
xq t
s
k
ˆ s
k
q
输出。
量化
量化的过程是将信号转换成离散时间离散幅度的多电平信号。
f t V
1. 5 1.4 1. 3 1.2 1. 1 1. 0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0 .1
5. 坚韧性要好，有较好的抗误码性能。
语音编码的意义：
1.提高通话质量(数字化+信道编码纠错) 2.提高频谱利用率(低码率编码) 3.提高系统容量 (低码率、语音激活技术)
语音压缩系统构成：
输入语音语音编码器数字存储媒介
输出语音译码器
语音
输入语音
语音编码器
信道编码器
调制器
传输设备及信道输入语音数字存储媒介
1/2
1/4 1/8 1/16 1/32
2.5v
1.25v 0.625v 0.3125v 0.15625v
1
0
1/64 0
0.078125v 0v
1/128 0.0390625v
主要内容

语音信号压缩编码技术调查报告

语音压缩编码技术姓名：王俐捷学号：0804220244语音是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式，是人们思想疏通和情感交流的最主要途径。

在实际的语音通信中，有些信道难以扩宽且质量很差；有些信道正被广泛使用，短期内难以更新；有些昂贵的信道，每压缩一个比特都意味着节省开支。

因此，语音压缩编码无疑在语音通信及人类信息交流中占有举足轻重的地位。

一，语音压缩编码技术的种类1.波形编码(waveform coding)基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。

在接收端将收到的数字序列经过解码恢复到原模拟信号，保持原始语音的波形形状。

话音质量高，编码速率高。

如PCM编码类（a率或u率PCM、ADPCM 、ADM)，编码速率为64－16kb/s，语音质量好。

2.参数编码（声源编码parametric coding）根据语音信号产生的数学模型，通过对语音信号特征参数的提取后进行编码（将特征参数变换成数字代码进行传输）。

在接收端将特征参数，结合数学模型，恢复语音，力图使重建语音保持尽可能高的可懂度，重建语音信号的波形同原始语音信号的波形可能会有相当大的区别。

如线性预测（LPC）编码类。

编码速率低，2.4-1.2kb/s，自然度低，对环境噪声敏感。

3.混合编码(Hybrid coding)将波形编码与参数编码相结合，在2.4-1.2kb/s速率上能够得到高质量的合成语音。

规则码激励长时预测编码RPE—LPT即为混合编码技术。

混合编码包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息，以达到波形编码的高质量和参量编码的低速率的优点。

二，语音压缩编码使用的编码算法1.波形编码(waveform coding)使用的算法脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)、差值脉冲编码调制（DPCM）、增量调制(DM)以及它们的各种改进型自适应差分编码（ADPCM）、自适应增量调制（ADM）、自适应差值脉冲编码调制(ADPCM) 、自适应传输编码（Adaptive Transfer Coding，ATC）和子带编码（SBC）等都属于波形编码技术。

a律pcm基群

在音频领域，A律（A-law）是一种对线性脉冲编码调制（PCM）进行非线性压缩的算法，用于更有效地表示音频信号。

A律主要用于欧洲和亚洲等地的通信系统，与北美和日本使用的μ律（μ-law）算法相对应。

PCM 是一种数字音频编码方式，将模拟音频信号转换为数字形式。

在PCM中，采样值通常用一个定点或浮点数来表示。

而A律和μ律通过使用非线性压缩来增加动态范围，从而在编码时更好地适应音频信号。

A律 PCM 的压缩特性使得它在高振幅信号上更为灵敏，因此在高音量的情况下，相对于μ律，A律提供了更好的动态范围。

A律压缩的公式如下：
f(x)=ln(1+A⋅|x|)
ln(1+A)
⋅sgn(x)
其中，A是一个常数，通常为 87.6。

A律压缩之后的信号值f(x)用更少的位数来表示，从而在传输和存储时节省了带宽或存储空间。

解码端需要进行逆运算，将压缩的信号还原为原始的PCM值。

总结一下，A律PCM是一种非线性压缩算法，通过这种方式来提高高振幅音频信号的编码效率。

这种编码方式在某些国际通信标准中得到了采用。

A律压缩与解压缩基本原理及实现程序

A律压缩与解压缩基本原理及实现程序在A律压缩中，输入的原始数据通常是模拟信号，例如语音波形。

该算法将模拟信号进行量化和编码，以减小数据的大小。

下面将详细介绍A律压缩与解压缩的基本原理及实现程序。

1.压缩原理：A律压缩的第一步是将模拟信号进行量化。

量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

在A律压缩中，采用非线性量化方法。

具体而言，采用的是一种对数变换，将较小的信号幅度量化为较大的值，而较大的信号幅度量化为较小的值。

这样可以减少较小振幅信号的量化误差，提高信号的动态范围。

A律压缩的第二步是对量化后的信号进行编码。

通常采用的编码方式是将每个量化的值映射成对应的编码值。

在A律压缩中，采用的是8位编码，将量化值映射到一个8位的二进制码字。

这样可以进一步减小数据的大小。

2.解压缩原理：A律解压缩的第一步是将编码后的数据解码成量化值。

根据编码表，将每个编码值解码为对应的量化值。

这样可以恢复出压缩前的模拟信号。

A律解压缩的第二步是将量化值反量化为模拟信号。

根据A律的量化特性，采用合适的反量化函数，将量化值恢复为原始的模拟信号。

一般而言，反量化函数是原量化函数的逆函数。

3.示例程序：压缩程序：```import numpy as np#定义量化函数def quantize(signal, max_amp):quantized = np.sign(signal) * np.log(1 + max_amp * np.abs(signal)) / np.log(1 + max_amp)return quantized#定义编码函数def encode(quantized):encoded = np.round((quantized + 1) * 127.5)return encoded.astype(np.uint8)#输入原始信号signal = np.random.random(1000) * 2 - 1#设置最大振幅max_amp = 1.0#量化quantized = quantize(signal, max_amp)#编码encoded = encode(quantized)#输出压缩后的数据print(encoded)```解压缩程序：```#定义解码函数def decode(encoded):quantized = encoded / 127.5 - 1return quantized#定义反量化函数def dequantize(quantized, max_amp):signal = np.sign(quantized) * (1 / max_amp) * ((1 + max_amp) ** np.abs(quantized) - 1)return signal#解码decoded = decode(encoded)#反量化reconstructed = dequantize(decoded, max_amp)#输出解压缩后的数据print(reconstructed)```以上是A律压缩与解压缩的基本原理及示例程序。

a律压缩原理

a律压缩原理1.概述a律压缩原理是一种音频压缩技术，其基本思想是在保持信号的相对幅度关系不变的前提下，通过对音频信号的动态范围进行调整，从而实现压缩。

在音频处理、语音通信等领域，a律压缩原理有着广泛的应用。

本文将重点介绍a律压缩原理的工作原理、应用领域、与其他压缩算法的比较以及优缺点分析等内容。

2.工作原理2.1 信号强度与电压的线性关系在音频信号处理中，信号强度与电压之间存在线性关系，即信号强度越大，相应的电压也越大。

这是音频信号处理的基本原理之一。

2.2 压缩过程a律压缩原理的核心在于对音频信号的动态范围进行调整。

具体来说，当输入信号的电压较小，即信号强度较低时，a律压缩器会将输出信号的电压进行适当放大，使得信号强度得到提升。

当输入信号的电压较大，即信号强度较高时，a律压缩器会将输出信号的电压进行适当减小，从而限制信号强度的进一步提升。

通过这种方式，a律压缩器实现了对音频信号动态范围的调整和压缩。

2.3 恢复过程在a律压缩过程中，由于对输出信号的电压进行了调整，因此需要采取一定的恢复措施以恢复原始信号的特征。

一般来说，可以采用反压缩算法对压缩后的信号进行恢复。

具体来说，根据a律压缩器的参数和压缩后的信号特征，通过反压缩算法计算出相应的恢复参数，然后对压缩后的信号进行恢复处理，得到尽可能接近原始信号的输出信号。

3.应用领域a律压缩原理在音频处理、语音通信等领域有着广泛的应用。

例如，在音频处理中，a律压缩原理可以用于调整音频文件的动态范围，提高音频的质量和清晰度。

在语音通信中，a律压缩原理可以用于降低语音信号的动态范围，减少传输带宽和存储空间的需求，同时提高语音传输的质量和稳定性。

4.与其他压缩算法的比较与常见的其他压缩算法相比，如均匀量化器和MPEG音频压缩等，a律压缩原理具有更高的压缩比和更好的音质表现。

在相同的压缩比下，a律压缩算法能够更好地保留原始音频信号的特征和细节，因此在音频处理和语音通信等领域得到了广泛的应用。

1203030307_dsp语音信号压缩A律

摘要本文简要阐述了语音信号压缩A律的基本原理，可以将高位的数据压缩成低位的数据，它适用于声音信号的播放和传输系统，在设计中借助MATLAB信号处理工具箱FDAtool工具设计了语音信号压缩系数，然后在CCS中以TMS320C55x芯片的汇编语言编程实现了该语音信号压缩。

利用MATLAB设计语音信号压缩，可以随时对比设计要求和语音信号压缩特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于语音信号压缩设计的最优化。

另外文中还介绍CCS开发环境。

文中所给程序已经经过软件仿真验证，所设计的语音信号压缩符合设计要求。

关键词：DSP；语音信号压缩；MATLAB；Code Composer Studio(CCS)；TMS320C55x目录1 语音信号压缩A律设计任务及目的 (1)1.1 语音信号压缩A律设计任务 (1)1.2语音信号压缩A律设计目的 (1)2 TMS320C55X的硬件结构 (1)2.1 C55X的CPU体系结构 (1)2.2 指令缓冲单元（I） (2)2.3程序流程单元（P） (2)2.4地址程序单元（A） (2)2.5数据计算单元（D） (3)4 语音信号压缩（A律）原理 (3)5 CCS概述 (6)6语音信号压缩（A律）软件实现 (7)6.1软件实现步骤 (7)6.1.1软件程序 (7)6.1.2实现步骤 (10)6.1.2运行并观察结果 (11)6.2结果分析 (12)7结论 (12)8参考文献 (12)1 语音信号压缩A律设计任务及目的1.1语音信号压缩A律设计任务（1）完成语音信号采集；（2）对语音信号进行A律压缩；（3）传输压缩后的信号；1.2语音信号压缩A律设计目的本设计的目的在于通过使用DSP的程序设计完成对语音信号的压缩，既可以通过软件实现，也可以通过硬件实现。

进行程序的设计，并在CCS软件环境下进行调试，同时也加深学生对数字信号处理器的常用指标和设计过程的理解。

2 TMS320C55X的硬件结构2.1 C55X的CPU体系结构C55X有1条32位的程序数据总线（PB），5条16位数据总线（BB、CB、DB、EB、FB）和1条24位的程序地址总线及5条23位地址总线，这些总线分别与CPU相连。

语音信号的A律编解码的DSP实现

语音信号的A律编解码的DSP实现
摘要：本文介绍了G．711标准的A律压缩算法的基本原理，设计出了A 律编解码的软件流程框图，在以TMS320VC5416为处理器的硬件开发平台上实现了语音信号的A律压缩解压算法，并给出了C54x的汇编语言程序。

关键词：数字信号处理；语音编码；G．71l；A律
0 引言语言压缩技术既节省了存储时所占用的存储空间，又减少了传输时所占用的带宽，而快速发展的数字信号处理(DSP)技术使得实时实现各种复杂的语音压缩算法成为可能。

国际电信联盟(ITU)1972年制定出来的一套语音压缩标准称为G．7ll，主要用于公用电话网。

它用脉冲编码调制(PCM)对语音信号采样，采样率为8kHz，比特率为64kb／s。

该标准下主要有两种压缩算法，一种是μ律，另一种是A律。

其中欧洲和中国等国家采用A律压缩算法，美国和日本等国家采用μ律压缩算法。

1 A律压缩算法简介A律编码的数据对象是12位精度的二进制数，它保证了压缩后的数据有5位的精度并存储到一个字节(8位)中。

A律符合下式的对数压缩方程：
式中，x为归一化的输入语音信号，y为压扩后的归一化输出信号，A为压缩参数取值。

由于该方程是一条连续的光滑曲线，物理上实现比较复杂。

在实用中一般用13段折线近似该曲线，此时选择AA=87．6。

对PCM信号，一般地，输入的模拟语音信号经过低通滤波、放大和限幅后，然后进入A／D转换器编码，常用的编码方法有2的补码和折叠二进制码两种。

表l是A律压缩编码规律表，其中只给出了在抽样值为正值时，A／D转换器输出的12位二进制数(补码)是如何压缩成8位二进制数的。

音频压缩编码

音频压缩编码音频压缩编码1、什么是语音编码技术？其发展与现状是怎样的？答: 语音信号的数字化传输,一直是通信的发展方向之一。

采用低速率语音编码技术进行语音传输比语音信号模拟传输有诸多优点，现代通信的发展趋势决定了语音编码技术的两大突出优势：∙大大节省了带宽。

从最初的PCM64k编码到现在标准语音压缩协议，如G.723编码速率为5.3K或6.3Kbps；G.729编码速率为8Kbps。

还有未形成协议标准但更低的编码速率已有成熟的算法可以实现，如AMBE、CELP、RELP、VSELP、MELP、MP-MLQ、LPC-10等多种语音压缩算法,最低编码速率达到2.4kbps，有些算法已在包括第三代移动通信系统(3G)的多个领域得到应用。

∙便于实现与IP融合。

Internet的成功运用使得与IP的融合已成必然的发展趋势。

分组语音即将分组交换的概念与语音传输相结合，使得语音信息更易于接入IP网。

而分组语音的关键技术之一就是语音编码技术，低速率的语音编码技术对语音信息的实时性有更好的保证。

采用分组语音传输的网络，其传输的语音信息本身就是分组数据包,这样的语音信息在接入Internet时将是非常的方便。

语音编码既可用软件也可用硬件的方法实现。

软件实现就是将压缩算法用软件方法实现，这样做的好处是成本低、修改方便灵活，但处理速度较慢，不易保证处理的实时性。

采用硬件实现就是将语音压缩算法固化到专用DSP芯片中，这样处理速度快，便于实时处理。

2、1.1.2 什么是G.711编码？答: G.711建议一种典型的采用PCM波形编码的压缩编解码方法，可以获得较高的语音质量，但数据压缩率低。

G.711建议描述了PCM的μ律（A律）压缩，如下图所示：采样率为8kHz，12bit线性A/D变换为数字信号，再经过对数PCM后压缩为8bit，一路音频为64kbit/s。

音频压缩技术1、音频信号的指标有哪些？答: 1）频带宽度：音频信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，音质越好。

对数压缩方法a律和μ律

对数压缩方法a律和μ律
对数压缩方法是一种信号处理技术，常用于音频编码和数字通
信系统中。

其中，a律（A-law）和μ律（Mu-law）是两种常见的
对数压缩方法。

首先，让我们来谈谈a律。

a律是一种非线性的对数压缩方法，主要用于欧洲的数字通信系统。

在a律编码中，输入信号的动态范
围被压缩，以便更有效地表示和传输信号。

a律编码使用一个非线
性的转换函数，将输入信号映射到一个更小的范围内。

这种非线性
压缩可以更好地保留信号的动态范围，尤其在低幅度信号的处理上
效果更为明显。

a律编码通常用于电话系统中，其压缩特性能够更
好地适应人耳的特性，提高了信噪比和动态范围。

接下来，我们来看看μ律。

μ律是另一种非线性的对数压缩
方法，主要用于北美和日本的数字通信系统。

μ律编码也使用非线
性的转换函数，将输入信号进行压缩以便更有效地表示和传输。

与
a律相似，μ律编码也能更好地保留信号的动态范围，特别是在低
幅度信号的处理上效果更为显著。

μ律编码在音频编码和数字通信
系统中得到广泛应用，尤其在存储和传输音频数据时，能够有效地
减少数据量并保持音质。

总的来说，a律和μ律都是非线性的对数压缩方法，它们在不同的地区和应用中得到了广泛的应用。

它们能够有效地压缩信号的动态范围，提高传输效率和保持音频质量。

选择使用哪种方法取决于具体的应用需求和所处地区的标准。

希望这些信息能够帮助你更好地理解对数压缩方法a律和μ律。

A律和μ律

A律和μ律1、μ律压扩μ律压扩的数学解析式：其中：x为输入信号的归一化值；y为压扩后的信号。

对话音信号编码，常采用μ=255，这样适量化信噪比改善约24dB。

2、A律压扩其特性可表示为：很明显，小信号时为线性特性，大信号时近似为对数特性。

这种压扩特性常把压缩、量化和编码合为一体。

A律可用13段折线逼近（相当于A=87.6），便于用数字电路实现。

13段折线的压缩特性如下图。

过程为：第一步：把x（x>0 部分）划分为不均匀的8段。

第一分点取在V/2处，然后每段都是剩下部分的1/2。

；依次取第八段为V~V/2,第七段为V/2~V/4；第一段为V/128~0。

第二步：把每段均匀划分为16等份，每一份表示一个量化级，显然8段共16x8=128= 个量化级，需要二进制7位编码表示。

可以看出每个量化级是不均匀的。

在小信号的量化台阶很小，使小信号时量化噪声减小。

如果按均匀量化计算，以最小台阶为单位，最大信号需用L=128X16=2048= 个量化级表示，既需要11位编码。

这样非均匀编码使小信号量化台阶缩小了16倍，相当于小信号信噪比改善了20dB。

第三步：把y轴均匀划分为8段，每段均匀分为16分。

这样y也分为128个量化级，与x轴的128个量化级对应。

因此，压扩特性各段的斜率是不同的。

第一段斜率其他段为:。

以上分段为x取正值时的情况。

而x取负值时，压扩特性与x取正值成奇对称。

在正8段和负8段中，正1，2段和负1，2段斜率相同，合为一段。

所以原来的16段折线变为13段折线。

语音信号的A率(或u率)压缩算法

语音信号的A律（或μ律）压缩算法一试验目的（1）了解PCM编码的格式和原理；（2）了解A律和μ律压缩解压的原理（3）熟悉A律和μ律压缩解压实现方法；二试验内容本试验要求完成的内容是使用AD将外部语音信号采集，DSP对语音信号保存处理，经过DA将处理后的语音信号输出；DSP对语音信号的处理包括A律和μ律压缩解压、声音信号的音效处理等。

三试验原理PCM（Pulse Code Modulation）编码即脉冲编码调制，也就是将模拟信号转换为数码，A律和μ律压缩编码压缩码是CCITT（Consultative Committee for International Telegraph and Telephone）国际电报电话协会最早推出的G.711语音压缩解压编码的一种格式的主要内容。

其中欧洲和中国等国家采用A律压缩解压编码，美国日本等国家采用μ律压缩解压编码。

由于中国采用A律，本试验只介绍A律压缩解压。

图5.1是DSP进行数据压缩解压的简单流程，DSP将传输来的压缩后的数据进行解压成16位或者32位，然后对解压后的数据进行分析、处理；然后将处理后的数据按照要求压缩成8位的数据格式输出到相应设备，供其他设备读取。

图5.1图5.2是DSP 将数据解压的值，DSP 将压缩的8位数据解压成16位的DSP 通用数据格式，其中高12位为解压后的数据，低4位补0。

DSP 将解压后的数据放在缓冲串口的发送寄存器中，只要运行发送指令，缓冲串口就会将数据发送出去。

对接受数据的解压缓冲串口有一样的操作。

图5．2 A 律数据解压图DSP 内部的缓冲串口（MCBSPS ）带有硬件实现的A 律和律压缩解压，用户只需要在相应寄存器中设置就可以了。

所有与缓冲串口相关的寄存器和引脚如图5.4所示，图5.4中有13个需要设置的寄存器，分别为RSR 、XSR 、RBR 、DRR 、DXR 、SPCR 、RCR 、XCR 、SRGR 、PCR 、MCR 、RCER 、XCER 等。