μ律

μ律是PCM非均勻量化中的一種對數壓擴形式,數字脈衝編碼調製(PCM)是目前模擬信號數位化的基本方法,PCM包括採樣、量化、編碼三個步驟,其中量化是對抽樣值的取值離散,根據量化間隔的不同選取分為均勻量化和非均勻量化,非均勻量化可以有效地改善信號的量化信噪比。語音信號的量化常採用ITU建議的兩種對數形式的非均勻量化壓縮特性:A律和μ律,μ律編碼主要用於24路一次群系統,μ律PCM用於北美和日本。

概述

A律是ITU-T(國際電聯電信標準局)CCITT G.712定義的關於脈衝編碼的一種壓縮/解壓縮算法,北美和日本採用μ律PCM。μ律是PCM非均勻量化中的一種對數壓擴形式,脈衝編碼調製PCM是對一個時間連續的模擬信號先抽樣,再對樣值幅度量化,編碼的過程其中量化,就是把經過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散,即用一組規定的電平,把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示,通常是用二進制表示。而量化中會出現誤差,即量化後的信號和抽樣信號的差值,量化誤差在接收端表現為噪聲,稱為量化噪聲。 量化級數越多誤差越小,相應的二進制碼位數越多,要求傳輸速率越高,頻帶越寬。 為使量化噪聲儘可能小而所需碼位數又不太多,通常採用非均勻量化的方法進行量化。非均勻量化根據幅度的不同區間來確定量化間隔,幅度小的區間量化間隔取得小,幅度大的區間量化間隔取得大。

常用的壓擴方法是對數型的A壓縮律和μ壓縮律。

圖1.是μ律壓縮特性曲線,其中為歸一化的量化器輸入,為歸一化的量化器輸出。常數愈大,則小信號的壓擴效益愈高,多採用u=255。律壓縮特性曲線如圖1所示。

μ律 μ律

μ律255/15折線

2.1 過程

μ律壓縮曲線是連續曲線。μ值不同,壓縮特性也不同。要設計電路來實現這樣的函式是相當複雜的;而且採用非線性量化法時,要用壓縮規律所規定的判定值直接和信號相比較,以確定信號所在量化級並直接作相應編碼,那是不容易的。為了使所需數字電路容易實現,就要求相鄰的判定值或量化間隔能成簡單的整數比(通常為2倍比),而這一要求用平滑和連續變化的非均勻量化律是不容易滿足的。但如果採用若干段折線組成的非均勻量化壓縮律就很容易實現。因此,就發展了用折線逼近μ律和A律非均勻量化折線壓縮方式。

255/15μ律折線壓縮方式是將律曲線分16段做弦,當相鄰折線段的段距比值為2時,可以很好地逼近μ=255的μ律壓縮曲線的特性。實際上由於在原點兩側的第一條折線都通過原點,斜率相同而對稱,所以合成了一條折線,因而實際上總共只有15條折線。因此,這種折線壓縮律就稱為μ255/15折線壓縮律,如圖2所示。

μ律 μ律

表1列出了μ律 255/15折線的分段坐標值和各段斜率。

折線端 1 2 3 4 5 6 7 8
x 0 1/255 3/255 7/255 15/255 31/255 63/255 127/255 1
y
(μ-255/15)折線
0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1
折線斜率 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4

表1  μ255/15折線的分段坐標值和各段斜率

2.2 A律13折線量化信噪比的比較

採用A律13折線時的量化信噪比曲線的基本特徵與μ律相仿,如圖5所示,但採用μ律15折線編碼可以明顯提高小信號的信噪比,而且總的來看μ律的動態範圍要比A律的大一些,此處不再做定量討論。

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