Алгоритм μ-закона

Сравнение качества звука

Проблемы воспроизведения этих файлов? Смотрите помощь в СМИ .

Алгоритм μ-закона (иногда написанный MU -Law , часто сокращаемый как U-Law ) представляет собой алгоритм , который в основном используется в 8-битных PCM цифровых телекоммуникационных системах в Северной Америке и Японии . Это один из двух алгоритмов композиции в стандарте G.711 из ITU-T , другой является аналогичным А-Завестом . А-закост используется в регионах, где цифровые телекоммуникационные сигналы переносятся на цепях E-1, например, Европа.

Термины PCMU , G711U или G711MU используются для G711 µ-Law. ^{[ 1 ]}

Составка алгоритмов уменьшает диапазон аудиосигнала динамический . В аналоговых системах это может увеличить отношение сигнал / шум (SNR), достигнутое во время передачи; В цифровом домене это может уменьшить ошибку квантования (следовательно, увеличение отношения сигнал-кванизации-шум). Эти увеличения SNR могут быть обменены вместо этого на снижение полосы пропускания для эквивалентного SNR.

При стоимости сниженного пикового SNR можно показать, что нелинейное квантование μ-Law эффективно увеличивает динамический диапазон на 33 дБ или 5 + 1 ~ 2 бит по линейно квалифицированному сигналу, следовательно, 13,5 бит (которые округа до 14 бит) является наиболее разрешением, необходимым для сжатия входного цифрового сигнала для 8-битного μ-закон. ^{[ 2 ]}

Алгоритм типы

Алгоритм μ-закона может быть описан в аналоговой форме и в квантовой цифровой форме.

Непрерывный

Для данного входа $x$ уравнение для кодирования μ-закодирования ^{[ 3 ]} $F(x)=\operatorname {sgn}(x){\dfrac {\ln(1+\mu |x|)}{\ln(1+\mu )}},\quad -1\leq x\leq 1,$

где $μ = 255$ в североамериканских и японских стандартах, а $SGN (x)$ - это функция знака . Диапазон . этой функции составляет от -1 до 1

Расширение μ-закона затем определяется обратным уравнением: ^{[ 3 ]} $F^{-1}(y)=\operatorname {sgn}(y){\dfrac {(1+\mu )^{|y|}-1}{\mu }},\quad -1\leq y\leq 1.$

Дискретный

Дискретная форма определена в рекомендации ITU-T G.711 . ^{[ 4 ]}

G.711 неясно, как кодировать значения на пределе диапазона (например, коды +31 до 0xef или 0xf0). ^{[ Цитация необходима ]} Тем не менее, G.191 предоставляет пример кода на языке C для μ-закодированного энкодера. ^{[ 5 ]} Разница между положительными и отрицательными диапазонами, например, отрицательный диапазон, соответствующий от +30 до +1, составляет от -31 до -2. Это объясняется использованием комплемента 1S (простая инверсия битов), а не комплемент 2 для преобразования отрицательного значения в положительное значение во время кодирования.

Квантованный алгоритм μ-закона
14-битный двоичный линейный код ввода	8-битный сжатый код
+8158 до +4063 с 16 интервалами 256	0x80 + номер интервала
+4062 до +2015 с 16 интервалами 128	0x90 + номер интервала
+2014 до +991 с 16 интервалами 64	0xa0 + номер интервального номера
+990 до +479 с 16 интервалами 32	0xb0 + номер интервального номера
+478 до +223 в 16 интервалах 16	0xc0 + номер интервального номера
+222 до +95 с 16 интервалами 8	0xd0 + номер интервала
+94 до +31 в 16 интервалах 4	0xe0 + номер интервального номера
От +30 до +1 в 15 интервалах 2	0xf0 + номер интервала
0	0xff
−1	0x7f
От -31 до -2 с 15 интервалами 2	0x70 + номер интервала
От -95 до -32 с 16 интервалами 4	0x60 + номер интервала
От -223 до -96 с 16 интервалами 8	0x50 + номер интервала
От -479 до -224 с 16 интервалами 16	0x40 + номер интервала
От -991 до -480 с 16 интервалами 32	0x30 + номер интервала
От -2015 до -992 с 16 интервалами 64	0x20 + номер интервала
От -4063 до -2016 с 16 интервалами 128	0x10 + номер интервала
От -8159 до -4064 с 16 интервалами 256	0x00 + номер интервала

Выполнение

Алгоритм μ-закона может быть реализован несколькими способами:

Аналоговый: Используйте усилитель с нелинейным усилением для полного составления в аналоговом домене.
Нелинейный АЦП: Используйте аналого-цифровой преобразователь с уровнями квантования, которые неравномерно распределены, чтобы соответствовать алгоритму μ-закона.
Цифровой: Используйте квантованную цифровую версию алгоритма μ-закона для преобразования данных после того, как они находятся в цифровом домене.

Программное обеспечение/DSP: Используйте непрерывную версию алгоритма μ-закона для расчета компонентных значений.

Использование оправдания

Кодирование μ-закодирования используется, потому что речь имеет широкий динамический диапазон . При передаче аналогового сигнала, в присутствии относительно постоянного фонового шума более тонкая деталь теряется. Учитывая, что точность детализации в любом случае подвергается скомпрометированию, и предполагая, что сигнал должен восприниматься как звук человеком, можно воспользоваться тем фактом, что воспринимаемый акустической интенсивности уровень или громкость являются логарифмическими, сжав сигнал, используя логарифмический -Пответствие оперативного усилителя ( Закон Вебера -Фехнера ). В телекоммуникационных схемах большая часть шума вводится на линии, таким образом, после компрессора предполагаемый сигнал воспринимается как значительно громкий, чем статический, по сравнению с несжатым источником. Это стало общим решением, и, таким образом, до общего цифрового использования была разработана спецификация μ-закона для определения совместимого стандарта.

Этот ранее существовавший алгоритм имел влияние на значительное снижение количества битов, необходимых для кодирования узнаваемого человеческого голоса в цифровых системах. Образец может быть эффективно закодирован с использованием μ-закона всего за 8 бит, что удобно соответствовало размеру символа большинства общих компьютеров.

μ-Закон, эффективно снижая динамический диапазон сигнала, тем самым повышая эффективность кодирования , одновременно смешивая сигнал таким образом, что приводит к сигналу к искажения отношению к Полем

Декодирование μ-закона, полученная с помощью солнечных микросистем C-языка Rathine G711.C, обычно доступный в Интернете

Алгоритм μ-закона также используется в формате .au , который датируется, по крайней мере, к Sparcstation 1 Sun Microsystems в качестве нативного метода, используемого интерфейсом /dev /audio, широко используемым в качестве фактического стандарта для звука на Unix система Формат AU также используется в различных общих аудиозиапах, таких как классы в пакете Sun.Audio Java в Java 1.1 и в некоторых C# методах .

Этот график иллюстрирует, как μ-LAK концентрируется отбор проб в меньших (более мягких) значениях. Горизонтальная ось представляет значения байтов 0-255, а вертикальная ось представляет собой 16-битное линейное декодированное значение кодирования μ-закодирования.

Сравнение с А-законом

Алгоритм μ-закона обеспечивает немного больший динамический диапазон, чем A-соответствие за счет худших пропорциональных искажений для небольших сигналов. В соответствии с конвенцией A-закост используется для международного соединения, если его использует хотя бы одна страна.

Смотрите также

Динамическое сжатие диапазона
Сжатие сигнала (устранение неоднозначности)
G.711 , речевой кодировщик формы волны с использованием кодирования либо A-закона, либо μ-закона
Конусная плавающая точка

Ссылки

^ «Видео/голос/речевые кодеки» . Grandstream = . Получено 19 июля 2020 года .
^ Эсс, Дэвид Ван (2014-12-29) [2007-10-09]. «Cypress Semiconductor AN2095: Алгоритм - Логарифмическое СПОРТИНГ - не просто хорошая идея - это μ -Закон» (PDF) . Infineon Technologies . Архивировано (PDF) из оригинала на 2022-10-06 . Получено 2023-06-28 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} «Методы кодирования волны - Cisco» . 2006-02-02 . Получено 2020-12-07 .
^ «Рекомендация ITU-T G.711» .
^ «G.191: программные инструменты для стандартизации речевого и аудиокодинга» . www.itu.int .

Эта статья включает в себя материал общественного достояния из Федеральный стандарт 1037c . Администрация общих услуг . Архивировано из оригинала 2022-01-22.

Внешние ссылки

[1] «Видео/голос/речевые кодеки» . Grandstream = . Получено 19 июля 2020 года .

[2] Эсс, Дэвид Ван (2014-12-29) [2007-10-09]. «Cypress Semiconductor AN2095: Алгоритм - Логарифмическое СПОРТИНГ - не просто хорошая идея - это μ -Закон» (PDF) . Infineon Technologies . Архивировано (PDF) из оригинала на 2022-10-06 . Получено 2023-06-28 .

[mulaw-equation-3] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} «Методы кодирования волны - Cisco» . 2006-02-02 . Получено 2020-12-07 .

[4] «Рекомендация ITU-T G.711» .

[5] «G.191: программные инструменты для стандартизации речевого и аудиокодинга» . www.itu.int .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]