java G711 PCM 互转

Java G711 PCM 互转

介绍

在音频处理中，PCM（脉冲编码调制）是一种常见的数字音频格式。在PCM中，音频信号被分解为一系列的采样点，每个采样点都表示声音在特定时间内的幅度。G.711是一种使用8位或16位线性量化的PCM编码标准，常用于电话系统中的音频传输。

在Java中，我们可以使用一些库来进行G.711 PCM的互转。本文将介绍如何使用Java进行G.711 PCM的编码和解码，并提供相关的代码示例。

G.711 PCM 编码

G.711 PCM编码使用了A律和μ律两种压缩算法，分别用于压缩8位和16位的PCM数据。我们将分别介绍这两种编码方法的实现。

A律编码

A律编码使用一个非线性的压缩函数将PCM数据压缩为8位的数据。下面是A律编码的公式：

A(x) = sign(x) * (log(1 + A * |x|) / log(1 + A))

其中，x是PCM采样值，A是一个系数，通常为87.6。A律编码将PCM数据的取值范围[-32768, 32767]映射到[-127, 127]。

下面是Java中进行A律编码的示例代码：

public class ALawEncoder {
    private static final int A = 87;

    public static byte[] encode(byte[] pcm) {
        int length = pcm.length;
        byte[] result = new byte[length / 2];

        for (int i = 0, j = 0; i < length; i += 2, j++) {
            short sample = (short) ((pcm[i + 1] << 8) | pcm[i]);

            int sign = (sample >> 8) & 0x80;
            if (sign != 0) {
                sample = (short) -sample;
            }

            if (sample > 32767) {
                sample = 32767;
            }

            sample = (short) (sample >> 4);

            int exponent = 1;
            int mantissa = 0;
            for (; exponent < 8; exponent++) {
                if (sample <= (0x1 << exponent) - 1) {
                    break;
                }
            }
            exponent--;

            if (exponent < 2) {
                mantissa = sample >> 1;
            } else {
                mantissa = (sample >> exponent) | 0x10;
            }

            result[j] = (byte) (~(sign | (exponent << 4) | mantissa) & 0xFF);
        }

        return result;
    }
}

μ律编码

μ律编码也是一种非线性的压缩算法，用于将16位的PCM数据压缩为8位的数据。μ律编码的公式如下：

μ(x) = sign(x) * (log(1 + μ * |x|) / log(1 + μ))

其中，x是PCM采样值，μ是一个系数，通常为255。μ律编码将PCM数据的取值范围[-32768, 32767]映射到[0, 255]。

下面是Java中进行μ律编码的示例代码：

public class MuLawEncoder {
    private static final int MU = 255;

    public static byte[] encode(byte[] pcm) {
        int length = pcm.length;
        byte[] result = new byte[length / 2];

        for (int i = 0, j = 0; i < length; i += 2, j++) {
            short sample = (short) ((pcm[i + 1] << 8) | pcm[i]);

            int sign = (sample >> 8) & 0x80;
            if (sign != 0) {
                sample = (short) -sample;
            }

            if (sample > 32767) {
                sample = 32767;
            }

            sample = (short) (sample >> 4);

            int exponent = 1;
            int mantissa = 0;
            for (; exponent < 8; exponent++) {
                if (sample <= (0x1 << exponent) - 1) {
                    break;
                }
            }
            exponent--;

            if (exponent < 2) {
                mantissa = sample >> 1;
            } else {
                mantissa = (sample