一、实验目的

学习G711音频的格式和G711A音频编码的原理，并实现将PCM格式编码为BIT格式。

二、实验原理

G711

G711是国际电信联盟订定出来的一套语音压缩标准，主要用于电话。它主要用脉冲编码调制对音频采样，采样率为8k每秒。它利用一个 64Kbps 未压缩通道传输语音讯号。起压缩率为1：2，即把16位数据压缩成8位。G711是主流的波形声音编解码器。

PCM是对模拟的连续信号进行抽样，G711则是对PCM数据进行再一次的抽样。G711主要是对16bit的PCM进行抽样，取到PCM的高位数据，去掉低位的数据，并且只保留8位。这样压缩的比率就达到了2:1，是有损压缩。

G711 标准下主要有两种压缩算法。一种是µ-law algorithm （又称often u-law, ulaw, mu-law），主要运用于北美和日本；另一种是A-law algorithm，主要运用于欧洲和世界其他地区。其中，后者是特别设计用来方便计算机处理的。这两种算法都使用一个采样率为8kHz的输入来创建64Kbps的数字输出。G711采用一种称为分组丢失隐藏(PLC)的技术来减少丢包带来的实际影响。有效的信号带宽在静默期间通过语音活动检测(VAD)这一过程被减小。

G711编码的声音清晰度好，语音自然度高，但压缩效率低，数据量大，常在32Kbps以上。常用于电话语音(推荐使用64Kbps)。

G711A

a-law也叫G711A,输入的是13位（其实是S16的高13位），使用在欧洲和其他地区，这种格式是经过特别设计的，便于数字设备进行快速运算。

运算过程如下：

取符号位并取反得到s；

获取强度位eee；

获取高位样本位wxyz；

组合为seeewxyz，将seeewxyz逢偶数为取补数，编码完毕，即最终经过编码以后就变成了：s(取反)+3位强度位+4位样本位总共8位数据。

示例运算

输入pcm数据为3210，二进制对应为（0000 1100 1000 1010）

二进制变换下排列组合方式（0 0001 1001 0001010）

（1）获取符号位最高位为0，取反，s=1

（2）获取强度位0001，查表，编码制应该是eee=100

（3）获取高位样本wxyz=1001

（4）组合为11001001，逢偶数位取反为10011100

编码完毕。

程序流程设计

程序流程设计中首先要打开/创建输入和输出的文件，接着进行G711编码并将编码后的数据保存到bit文件，最后关闭文件即可。

三、操作现象

实验设备

本实验所需硬件为实验板，仿真器和电源。

硬件连接

（1）连接仿真器和电脑的USB接口。

（2）将拨码开关拨到DEBUG模式01111，连接实验箱电源，拨动电源开关上电。

软件操作

导入工程，选择Demo文件夹下的对应工程

编译工程，生成可执行文件

将CCS连接实验箱并加载程序

点击运行程序

运行程序后，console窗口打印提升信息。

编码过程大约需要 6 分钟。编码结束后，会打印出提示信息。

此时可看到debug目录下由speech.pcm文件编码生成的speech.bit文件，对比编码前后文件大小，可发现BIT格式较PCM格式少了一半，可减少存储空间。

实验结束后，先点击黄色按钮暂停程序运行，再点击红色按钮退出CCS与实验箱的连接，最后实验箱断电即可。

实验结果

最后可通过专门的工具播放PCM 文件和 BIT 格式文件，

打开软件，点击“文件->导入->原始数据”。

先导入工程目录下的 speech.bit 文件，点击绿色剪头播放音频数据。

再导入工程目录下的 speech.pcm 文件，点击绿色剪头播放音频数据。

对比后可发现 PCM 文件与 BIT 文件播放内容一致