μ律

μ律是PCM非均匀量化中的一种对数压扩形式,数字脉冲编码调制(PCM)是目前模拟信号数字化的基本方法,PCM包括采样、量化、编码三个步骤,其中量化是对抽样值的取值离散,根据量化间隔的不同选取分为均匀量化和非均匀量化,非均匀量化可以有效地改善信号的量化信噪比。语音信号的量化常采用ITU建议的两种对数形式的非均匀量化压缩特性:A律和μ律,μ律编码主要用于24路一次群系统,μ律PCM用于北美和日本。

A律是ITU-T(国际电联电信标准局)CCITT G.712定义的关于脉冲编码的一种压缩/解压缩算法,北美和日本采用μ律PCM。μ律是PCM非均匀量化中的一种对数压扩形式,脉冲编码调制PCM是对一个时间连续的模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程其中量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。而量化中会出现误差,即量化后的信号和抽样信号的差值,量化误差在接收端表现为噪声,称为量化噪声。 量化级数越多误差越小,相应的二进制码位数越多,要求传输速率越高,频带越宽。 为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多,通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔,幅度小的区间量化间隔取得小,幅度大的区间量化间隔取得大。

常用的压扩方法是对数型的A压缩律和μ压缩律。

图1.是μ律压缩特性曲线,其中为归一化的量化器输入,为归一化的量化器输出。常数愈大,则小信号的压扩效益愈高,多采用u=255。律压缩特性曲线如图1所示。

μ律压缩曲线是连续曲线。μ值不同,压缩特性也不同。要设计电路来实现这样的函数是相当复杂的;而且采用非线性量化法时,要用压缩规律所规定的判定值直接和信号相比较,以确定信号所在量化级并直接作相应编码,那是不容易的。为了使所需数字电路容易实现,就要求相邻的判定值或量化间隔能成简单的整数比(通常为2倍比),而这一要求用平滑和连续变化的非均匀量化律是不容易满足的。但如果采用若干段折线组成的非均匀量化压缩律就很容易实现。因此,就发展了用折线逼近μ律和A律非均匀量化折线压缩方式。

255/15μ律折线压缩方式是将律曲线分16段做弦,当相邻折线段的段距比值为2时,可以很好地逼近μ=255的μ律压缩曲线的特性。实际上由于在原点两侧的第一条折线都通过原点,斜率相同而对称,所以合成了一条折线,因而实际上总共只有15条折线。因此,这种折线压缩律就称为μ255/15折线压缩律,如图2所示。

表1列出了μ律 255/15折线的分段坐标值和各段斜率。

折线端

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)折线

0

1/8

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

7/8

1

折线斜率

32

16

8

4

2

1

1/2

1/4

表1  μ255/15折线的分段坐标值和各段斜率


  采用A律13折线时的量化信噪比曲线的基本特征与μ律相仿,如图5所示,但采用μ律15折线编码可以明显提高小信号的信噪比,而且总的来看μ律的动态范围要比A律的大一些,此处不再做定量讨论。

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