PCM与G711编码原理详解-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/dropboks/article/details/97101558

本文详细介绍了PCM编码的过程，包括ADC参考电压如何确定模拟量的数字值，以及数字基准电平与模拟输入电压的关系。接着，讨论了8bit分辨率下，G711的A律压缩算法，通过非均匀量化实现“压大补小”的效果，减少小信号量化误差。最后，解释了16bit PCM到8bit A-law编码的方法，涉及线性到A-law的转换过程。

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PCM：

PCM模数转换时，具体的模拟量是如何确定为某一个数字值的？以前一直认为是这样的：比如模拟量（电压）是3V，则对应的数字量是3。其实这个形而上学的认识错了。

ADC时，存在一个参考电压，此参考电压就是用来确定模拟量对应的数字量的，详细可参考 http://wenku.baidu.com/link?url=ZnvwHHE10-0UZ8hPRvLczj56dEQlblRAkrW5_35BQVg8g_VRVXGKZNpc58m8zPm0LHJA-ERkoiNSJ2noHTIngHx5bazjUdAzkKcmHecmktu 。尤其第6、10、11、12，很能说明问题。

音频基准电平浅析 https://www.cnblogs.com/sys-engineer/archive/2012/09/18/2691001.html 这篇文章，讲的比较透彻：

我国国家标准规定，数字基准电平-20dBFS对应模拟信号的+4dBu，即当输入+4dBu幅度的sine模拟音频信号时，信号经过运算放大器调整，进入ADC采样输出的数字信号编码值应该为-20dBFS。

注：

1 : 0 dBFS 对应ADC最大量程，编码值为0x7FFF，请参考PCM编码相关标准。
2 : n dBFS = 20 * log( x / 0x7FFF ); 对于m bit采样adc，n = 20log(x / 2的(n-1)次方)
3 : n dBu = 20 * log( v / 0.775 );

实际上确定了dBu，就确定了输入电压的值，+4dBu，对应的模拟输入电压为：1.23V。而直到了dBFS，也就知道了对应的二进制编码，-20dBFS，对应的编码有2个，0x0CCD和0xF333，为什么会有两个呢？因为模拟输入电压是交流的，相同的值，如果电压极性相反，那就一个正值一个负值，数字是相同的。负值是采用补码表示的。而0xF333正好是-0x0CCD的补码表示。

有了+4dBu对应 -20dBFS这个基准，就能计算出任何一个输入信号的编码值，比如对于+5dBu的输入，则对应-19dBFS，编码为0x0E5D，当然还有一个对应的补码形式的负值。

同时一旦确定了这个基准，那么，输入端能接受的最大输入电压也就确定了：最大输入电压应该对应0dBFS，此时对应的编码时0x7FFF，也就是24dBu，可以计算出此时输入电压为12.28V。也就是说，对于一个麦克风系统，如果其输出电压超过12.28V，那么，PCM数字化后，信号就会失真。这也就是为什么我们对麦克风大吼的话，其输出在最大音量处会失真的原因。

G711压缩算法：

上面描述的是均匀量化（线性Linear PCM）的情况，对于16bit的分辨率，均匀量化的量化误差，哪怕是小信号，也能接受。但如果是8bit的分辨率，均匀量化效果就不好了，小信号的相对误差会比较大（参考https://www.docin.com/p-97807548.html 的描述）。这时，就采用A律或者u律进行非均匀量化。