Перейти к основному содержимому

Принцип сжатия G722

Алгоритм кодирования G.722 отличается от G.711 тем, что он использует адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию (ADPCM), которая позволяет достигать более эффективного сжатия данных при передаче широкополосного аудио. Рассмотрим пошагово, как происходит кодирование сигнала с использованием G.722.

Шаг 1: Дискретизация​

Как и в случае с G.711, первый этап включает дискретизацию аналогового аудиосигнала. Однако частота дискретизации в G.722 выше и составляет 16000 Гц (то есть каждые 62,5 мкс). Это позволяет захватывать более широкую полосу частот, чем в G.711, что улучшает качество звука.

Шаг 2: Преобразование в разностную форму​

Вместо того чтобы кодировать сам сигнал, как это делается в G.711, в G.722 сначала вычисляется разница между текущим отсчетом и предсказанным значением предыдущего отсчета. Эта операция называется дифференциацией.

Для предсказания следующего значения используется линейный предсказатель первого порядка, который основывается на предыдущем отсчете. Формула предсказанного значения может выглядеть так:

Формула 1.

где

^Xn — предсказанное значение текущего отсчета, x{n-1} — предыдущий отсчет, a1 — коэффициент предсказания.

Разница между фактическим и предсказанным значениями определяется как:

Формула 2.

Шаг 3: Адаптивное квантование​

Затем разностный сигнал e_ne\_n квантуется с использованием адаптивного квантизатора. Адаптация заключается в изменении шага квантования в зависимости от уровня сигнала. Чем сильнее изменяется сигнал, тем больший шаг квантования используется, и наоборот.

Шаг квантования обновляется после каждой итерации согласно следующему правилу:

Формула 3.

где Q_nQ\_n — текущий шаг квантования, Q_‘n−1‘Q\_`{n-1}` — предыдущий шаг квантования, M(e_n)M(e\_n) — функция масштабирования, зависящая от величины ошибки e_ne\_n.

Шаг 4: Кодирование​

Квантуемые значения кодируются в 6-битном формате, что дает 64 возможных уровня. Это меньше, чем в G.711 (8 бит), но благодаря адаптивному квантованию удается сохранить хорошее качество звука при меньшем объеме передаваемых данных.

Шаг 5: Обратное преобразование​

На стороне декодера выполняется обратное преобразование, которое включает восстановление сигнала из разностных значений и предсказанных значений. Процесс восстановления начинается с последнего известного значения и продолжается рекурсивно.

Пример псевдокода для реализации алгоритма кодирования G.722​

def encode_g722(x, a1=0.9):
    # Инициализация переменных
    x_hat = 0  # Предсказанное значение
    Q = 1      # Начальный шаг квантования
    
    encoded_signal = []
    
    for xn in x:
        # Вычисляем ошибку предсказания
        en = xn - x_hat
        
        # Адаптивное квантование
        qn = round(en / Q)
        Q = Q * abs(qn) / 32 if abs(qn) > 15 else Q * 115 / 128
        
        # Кодируем значение
        cn = int_to_bits(qn, 6)
        encoded_signal.append(cn)
        
        # Обновляем предсказанное значение
        x_hat = xn - Q * qn
        
    return encoded_signal

Отличия от G.711​

Основные различия между алгоритмами кодирования G.711 и G.722 заключаются в следующем:

  1. Частота дискретизации: G.711 использует частоту 8000 Гц, тогда как G.722 — 16000 Гц, что позволяет передавать более широкий диапазон частот.
  2. Метод кодирования: G.711 использует PCM с логарифмическим сжатием амплитуды (компандированием), в то время как G.722 применяет ADPCM, что делает его более эффективным для сжатия данных.
  3. Битрейт: G.711 передает данные со скоростью 64 Кбит/с, тогда как G.722 может работать в диапазоне от 48 до 64 Кбит/с, в зависимости от настроек.
  4. Качество звука: G.722 обеспечивает лучшее качество звука за счет большей полосы пропускания и более эффективной схемы сжатия.

Таким образом, G.722 является более современным и эффективным решением для передачи высококачественного аудио по сравнению с G.711, хотя последний остается популярным благодаря своей простоте и надежности.

Вложения​