更新时间:2024-07-06 23:27
A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,A律编码主要用于30/32路一次群系统, A律PCM用于欧洲和中国。
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。 世界上大部分国家采用A律压缩算法。A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。
令量化器过载电压为1,相当于把输入信号进行归一化,那么A律对数压缩定义为:
当0 <= x <= 1/A时,f(x)=(Ax)/(1+lnA)
当1/A <= x <= 1时,f(x)=(1+lnAx)/(1+lnA)
在现行的国际标准中A=87.6,此时信号很小时(即小信号时),从上式可以看到信号被放大了16倍,这相当于与A压缩率与无压缩特性比较,对于小信号的情况,量化间隔比均匀量化时减小了16倍,因此,量化误差大大降低;而对于大信号的情况例如x=1,量化间隔比均匀量化时增大了5.47倍,量化误差增大了。这样实际上就实现了“压大补小”的效果。
上面只讨论了x>0的范围,实际上x和y均在[-1,1] 之间变化,因此,x和y的对应关系曲线是在第一象限与第三象限奇对称。为了简便,x<0的关系表达式未进行描述,但对上式进行简单的修改就能得到。按上式得到的A律压扩特性是连续曲线,A的取值不同其压扩特性亦不相同,而在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。为此,人们提出了数字压扩技术,其基本思想是这样的:利用大量数字电路形成若干根折线,并用这些折线来近似对数的压扩特性,从而达到压扩的目的。为了便于采用数字电路实现量化,通常采用13折线近似代替A律。
用折线实现压扩特性,它既不同于均匀量化的直线,又不同于对数压扩特性的光滑曲线。虽然总的来说用折线作压扩持性是非均匀量化,但它既有非均匀(不同折线有不同斜率)量化,又有均匀量化(在同一折线的小范围内)。有两种常用的数字压扩技术,一种是13折线A律压扩,它的特性近似A=87.6的A律压扩特性。另一种是15折线μ律压扩,其特性近似μ=255的μ律压扩特性。
A律压缩表示式是一条连续的平滑曲线,用电子线路很难准确的实现。现在由于数字电路技术的发展,这种特性很容易用数字电路来近似实现,13折线特性就是近似于A压缩律的特性,曲线图如下: