G.711 - G.711

G.711

Pulzní kódová modulace (PCM) hlasových frekvencí
Postavení	V platnosti
Rok začal	1972
Nejnovější verze	(02/00) Únor 2000
Organizace	ITU-T
Související standardy	G.191 , G.711.0 , G.711.1 , G.729
Doména	komprese zvuku
webová stránka	https://www.itu.int/rec/T-REC-G.711

G.711 je úzkopásmový zvukový kodek původně navržený pro použití v telefonii, který poskytuje zvuk v mýtné kvalitě rychlostí 64 kbit/s. G.711 předává zvukové signály v rozsahu 300–3 400 Hz a vzorkuje je rychlostí 8 000 vzorků za sekundu s tolerancí této rychlosti 50 dílů na milion (ppm). Pro reprezentaci každého vzorku je použita nejednotná (logaritmická) kvantizace s 8 bity, což má za následek bitovou rychlost 64 kbit/s. Existují dvě mírně odlišné verze: μ-law , který se používá především v Severní Americe a Japonsku, a A-law , který se používá ve většině ostatních zemí mimo Severní Ameriku.

G.711 je standard ITU-T (doporučení) pro zvukové kompandování s názvem Pulzní kódová modulace (PCM) hlasových frekvencí vydaný pro použití v roce 1972. Je požadovaným standardem v mnoha technologiích, například v H.320 a H .323 standardy. Lze jej také použít pro faxovou komunikaci přes sítě IP (jak je definováno ve specifikaci T.38 ).

Byla publikována dvě vylepšení G.711: G.711.0 využívá bezeztrátovou kompresi dat ke snížení využití šířky pásma a G.711.1 zvyšuje kvalitu zvuku zvýšením šířky pásma.

Funkce

• Vzorkovací frekvence 8 kHz
• 64 kbit/s bitrate (vzorkovací frekvence 8 kHz × 8 bitů na vzorek)
• Typické algoritmické zpoždění je 0,125 ms, bez zpoždění dopředu
• G.711 je kodér řeči křivky
• G.711, dodatek I definuje algoritmus skrytí ztráty paketů (PLC), který pomáhá skrývat ztráty přenosu v paketové síti
• G.711 Dodatek II definuje algoritmus nespojitého přenosu (DTX), který využívá detekci hlasové aktivity (VAD) a generování pohodlného šumu (CNG) ke snížení využití šířky pásma během období ticha
• Testování PSQM za ideálních podmínek poskytuje průměrné hodnocení 4,45 pro G.711 μ-law, 4,45 pro G.711 A-law
• Testování PSQM pod napětím v síti přináší průměrné hodnocení 4,13 pro G.711 μ-law, 4,11 pro G.711 A-law

Typy

G.711 definuje dva hlavní kompandovací algoritmy, μ-law algoritmus a A-law algoritmus . Oba jsou logaritmické , ale zákon A byl speciálně navržen tak, aby byl pro počítač jednodušší na zpracování. Norma také definuje posloupnost opakujících se hodnot kódu, která definuje úroveň výkonu 0 dB .

Algoritmy μ-law a A-law kódují 14bitové a 13bitové podepsané lineární vzorky PCM (v daném pořadí) do logaritmických 8bitových vzorků. Kodér G.711 tedy vytvoří bitový tok 64 kbit/s pro signál vzorkovaný na 8 kHz.

G.711 μ-law má tendenci poskytovat větší rozlišení signálům vyššího rozsahu, zatímco G.711 A-law poskytuje více úrovní kvantizace při nižších úrovních signálu.

Používají se termíny PCMU, G711u nebo G711MU pro G711 μ-law a PCMA nebo G711A pro G711 A-law.

Zákon

Kódování A-zákona tedy vezme jako vstup 13bitový podepsaný lineární zvukový vzorek a převede jej na 8bitovou hodnotu následujícím způsobem:

Kde sje znaménkový bit, sje jeho inverzní (tj. Kladné hodnoty jsou kódovány pomocí MSB  =  s  = 1) a označené bity xjsou zahozeny. Všimněte si toho, že první sloupec tabulky používá jinou reprezentaci záporných hodnot než třetí sloupec. Například vstupní desetinná hodnota −21 je reprezentována binárně po bitové inverzi jako 1000000010100, která se mapuje na 00001010 (podle prvního řádku tabulky). Při dekódování se toto mapuje zpět na 1000000010101, což je interpretováno jako výstupní hodnota −21 v desítkové soustavě. Vstupní hodnota +52 (0000000110100 v binárním) mapuje na 10011010 (podle druhého řádku), která mapuje zpět na 0000000110101 (+53 v desítkové soustavě).

To lze považovat za číslo s plovoucí desetinnou čárkou se 4 bity mantisy m (ekvivalentní 5bitové přesnosti), 3 bity exponentu e a 1 znaménkovým bitem s , formátované jako seeemmmms dekódovanou lineární hodnotou y danou vzorcem

${\ Displaystyle y = (-1)^{s} \ cdot (16 \ cdot \ min \ {e, 1 \}+m+0,5) \ cdot 2^{\ max \ {e, 1 \}},}$

což je 13-bitové celé číslo v rozmezí ± 1 až ± (2 ¹²  - 2 ⁶ ). Všimněte si, že žádný komprimovaný kód dekóduje na nulu kvůli přidání 0,5 (polovina kvantizačního kroku).

Kromě toho norma specifikuje, že všechny výsledné sudé bity ( LSB jsou sudé) jsou před přenosem oktetu invertovány. To má zajistit spoustu přechodů 0/1, které usnadní proces obnovy hodin v přijímačích PCM. Tichý kanál PCM kódovaný tichým A zákonem má 8bitové vzorky kódované 0xD5 místo 0x80 v oktetech.

Při odesílání dat přes E0 ( G.703 ) se nejprve odešle MSB (znak) a jako poslední LSB.

ITU-T STL definuje algoritmus pro dekódování následovně (dekódované hodnoty umístí do 13 nejvýznamnějších bitů 16bitového výstupního datového typu).

void            alaw_expand(lseg, logbuf, linbuf)
  long            lseg;
  short          *linbuf;
  short          *logbuf;
{
  short           ix, mant, iexp;
  long            n;

  for (n = 0; n < lseg; n++)
  {
    ix = logbuf[n] ^ (0x0055);	/* re-toggle toggled bits */

    ix &= (0x007F);		/* remove sign bit */
    iexp = ix >> 4;		/* extract exponent */
    mant = ix & (0x000F);	/* now get mantissa */
    if (iexp > 0)
      mant = mant + 16;		/* add leading '1', if exponent > 0 */

    mant = (mant << 4) + (0x0008);	/* now mantissa left justified and */
    /* 1/2 quantization step added */
    if (iexp > 1)		/* now left shift according exponent */
      mant = mant << (iexp - 1);

    linbuf[n] = logbuf[n] > 127	/* invert, if negative sample */
      ? mant
      : -mant;
  }
}

Viz také „Uživatelská příručka ITU-T Software Tool Library 2009 2009“, kterou najdete na.

μ-zákon

Kódování μ-law (někdy označované jako ulaw, G.711Mu nebo G.711μ) bere 14bitový podepsaný lineární zvukový vzorek v komplementární reprezentaci dvou jako vstup, invertuje všechny bity za znaménkový bit, pokud je hodnota záporná, přidá 33 (binární 100001) a převede jej na 8bitovou hodnotu následujícím způsobem:

Kde sje znaménkový bit a označené bity xjsou zahozeny.

Kromě toho norma specifikuje, že kódované bity jsou invertovány před vysláním oktetu. Tichý μ-zákonem kódovaný kanál PCM má 8bitové vzorky přenášené 0xFF místo 0x00 v oktetech.

Přidání 33 je nutné, aby všechny hodnoty spadaly do kompresní skupiny a při dekódování byly odečteny zpět.

Rozbití kódované hodnoty formátované seeemmmmna 4 bity mantisy m , 3 bity exponentu e a 1 znakový bit s , dekódovaná lineární hodnota y je dána vzorcem

${\ Displaystyle y = (-1)^{s} \ cdot [(33+2m) \ cdot 2^{e} -33],}$

což je 14bitové celé číslo se znaménkem v rozsahu ± 0 až ± 8031.

Všimněte si, že 0 je přenášeno jako 0xFF a -1 je přenášeno jako 0x7F, ale když je přijato, výsledek je 0 v obou případech.

G.711.0

G.711.0, také známý jako G.711 LLC, využívá bezeztrátovou kompresi dat ke snížení využití šířky pásma až o 50 procent. Bezztrátový komprese G.711 modulace pulsní kódové norma byla schválena ITU-T v září 2009.

G.711.1

G.711.1 je rozšíření G.711, publikované jako doporučení ITU-T G.711.1 v březnu 2008. Jeho formální název je Wideband embedded extension for G.711 pulse code modulation .

G.711.1, umožňuje přidání úzkopásmového a/nebo širokopásmového (16 000 vzorků/s) vylepšení, každé při 25% přenosové rychlosti (zahrnutého) základního bitového proudu G.711, což vede k datovým rychlostem 64, 80 nebo 96 kbit /s.

G.711.1 je kompatibilní s G.711 rychlostí 64 kbit/s, proto se předpokládá efektivní nasazení ve stávajících infrastrukturách Voice over IP ( VoIP ) založených na G.711 . Kodér G.711.1 může kódovat signály na 16 kHz se šířkou pásma 50–7000 Hz při 80 a 96 kbit/s a pro vzorkování 8 kHz může výstup produkovat signály se šířkou pásma od 50 do 4000 Hz, při 64 a 80 kbit/s.

Kodér G.711.1 vytváří vložený bitový tok strukturovaný do tří vrstev odpovídajících třem dostupným bitovým rychlostem: 64, 80 a 96 kbit/s. Bitový tok neobsahuje žádné informace o tom, které vrstvy jsou obsaženy, implementace by vyžadovala signalizaci outbandu, na které jsou vrstvy k dispozici. Tři vrstvy G.711.1 jsou: logově komprimovaná pulzní kódová modulace (PCM) dolního pásma včetně zpětné vazby šumu, vestavěné rozšíření PCM s adaptivním přidělováním bitů pro zvýšení kvality základní vrstvy v dolním pásmu a kódování vážené vektorové kvantizace vyšší pásmo na základě modifikované diskrétní kosinové transformace (MDCT).

V roce 2010 jsou plánována dvě rozšíření pro G.711.1: superširokopásmové rozšíření (šířka pásma až 14 000 Hz) a bezeztrátová komprese bitového toku.

Licencování

Patenty na G.711, vydané v roce 1972, vypršely, takže je lze používat bez nutnosti licence.

Viz také

• Seznam kodeků
• Porovnání formátů kódování zvuku
• RTP audio video profil
• Formát souboru Au

Reference

externí odkazy

• Doporučení ITU-T G.711
• Softwarové nástroje ITU-T G.191 pro kódování řeči a zvuku, včetně kódu G.711 C.
• Code Project C# implementace G.711 se zdrojovým kódem
• RFC 3551 - RTP profil pro audio a video konference s minimálním ovládáním - G.711 - definice PCMA a PCMU.
• RFC 4856 - Registrace typu média audio/PCMA a audio/PCMU
• RFC  5391 -RTP formát užitečného zatížení pro doporučení ITU-T G.711.1 (PCMA-WB a PCMU-WB)