G.711 話音編碼是什麼?

G.711 是 ITU-T(國際電信聯盟電信標準化部門)的話音編碼標準,正式名稱為「話音頻率的脈碼調變(PCM)」,於 1972 年推出,以 64 kbit/s 碼率提供電話級音質,至今仍是 IP 電話、對講及廣播系統最常見的話音編碼之一。本頁講解其工作原理、μ-law 與 A-law 兩種制式的分別,以及工程選型要點。

G.711 的定義與基本規格

G.711 是一種窄帶話音編碼,原為傳統電話網絡而設計,其後成為 IP 話音通訊的基礎編碼。它傳送 300–3400 Hz 的話音頻帶——這正是人聲清晰可辨所需的核心頻率範圍——並以每秒 8000 次(8 kHz)取樣,每個樣本經對數壓擴後量化為 8 位元,得出 64 kbit/s 的固定碼率。

由於 G.711 屬於波形編碼,演算延遲極低(典型算法延遲僅 0.125 毫秒,且無需前瞻緩衝),話音自然、失真少,因此被 H.320、H.323 等視像會議標準列為必須支援的編碼,亦是絕大多數 IP 電話機與電話系統的共同基礎。相關硬件可參考本站的 IP 電話產品頁

μ-law 與 A-law:兩種對數壓擴制式

G.711 使用對數壓擴(companding)技術:對幅度較小的話音訊號分配較細的量化級距,令 8 位元也能覆蓋人聲的動態範圍。標準定義了兩種壓擴演算法,地區使用習慣不同:

比較項目μ-law(PCMU)A-law(PCMA)
主要使用地區北美、日本北美以外的大多數國家(包括香港)
壓擴演算法μ 律對數壓擴A 律對數壓擴
取樣/量化8 kHz、每樣本 8 位元8 kHz、每樣本 8 位元
碼率64 kbit/s64 kbit/s

實務上大部分 IP 電話設備同時支援兩種制式,通話建立時自動協商;香港的系統一般統一選用 A-law,與本地電訊網絡保持一致。

64 kbit/s 是怎樣得出來的?

G.711 的碼率是一條簡單直接的算式,理解它有助掌握話音系統的頻寬規劃:

  1. 取樣頻率 8 kHz——每秒對話音波形取樣 8000 次,足以還原 300–3400 Hz 的話音頻帶。
  2. 每樣本 8 位元——每個取樣值經對數壓擴後量化為 8 位元。
  3. 相乘得出碼率——8000 次/秒 × 8 位元 = 64000 位元/秒,即 64 kbit/s。
  4. 加上網絡開銷——經 IP 網絡傳送時,話音數據還要包上 RTP、UDP、IP 等封包標頭,實際佔用頻寬高於 64 kbit/s,規劃線路時需要預留餘量。

G.711 在 IP 電話與對講系統的角色

① IP 電話的共同語言

G.711 是 IP 電話設備支援面最廣的編碼,跨品牌話機、電話系統與電訊商線路對接時,G.711 幾乎必然是雙方都支援的共同選項,互通最有保障。

② 對講與廣播設備常客

樓宇對講、門口機及網絡廣播設備普遍內置 G.711,話音清晰、延遲低,適合即時對話場景;相關知識可參考視像對講系統頁面。

③ 免專利、零授權成本

G.711 的相關專利早已屆滿,可自由使用,廠商內置無成本負擔,這是它數十年來屹立不倒的重要原因。

④ 質素與頻寬的取捨基準

64 kbit/s 在現代內網不算負擔,音質是窄帶編碼的基準水平;只有在頻寬非常緊絀的連線上,才需要考慮改用低碼率壓縮編碼。

G.711 家族的延伸標準

ITU-T 其後為 G.711 發布了兩個增強版本:G.711.0 利用無損數據壓縮減少頻寬佔用;G.711.1 則透過增加頻寬提升音質。不過在一般商用 IP 電話與對講工程中,原版 G.711(PCMA/PCMU)仍然是最普及、互通性最高的選擇;除非設備兩端明確支援延伸版本,選型時以原版 G.711 為準即可。

權威資料依據

本文核對資料:ITU-T G.711RFC 3551

常見問題

G.711 的音質屬於什麼水平?
G.711 提供的是「電話級」(toll quality)音質,即傳統固網電話的通話水平。它傳送 300–3400 Hz 的話音頻帶,以 8 kHz 取樣、每樣本 8 位元編碼,人聲清晰自然,是窄帶話音編碼的基準。由於採用波形編碼而非高壓縮演算法,話音失真低,一直是 IP 電話系統最穩妥的編碼選擇之一。
μ-law 與 A-law 應該用哪一個?
兩者是 G.711 的兩種對數壓擴演算法:μ-law 主要在北美及日本使用,A-law 則在北美以外的大多數國家使用,香港一般跟隨 A-law(即 PCMA)。實務上大部分 IP 電話系統兩種都支援,通話建立時會自動協商;同一系統內建議統一選用 A-law,與本地電訊網絡保持一致。
一條 G.711 通話需要多少網絡頻寬?
G.711 的話音碼率固定為 64 kbit/s,由 8 kHz 取樣頻率乘以每樣本 8 位元得出。要注意這只是話音數據本身;經 IP 網絡傳送時還要加上 RTP、UDP、IP 等封包開銷,實際佔用頻寬會高於 64 kbit/s,具體數值視乎封包間隔等設定。以現代寬頻及企業內網而言,數十條 G.711 通話的負載通常不成問題。
使用 G.711 需要授權費嗎?
不需要。G.711 於 1972 年推出,相關專利早已屆滿,現時可以自由使用而無需授權費。這也是它在 IP 電話、對講及廣播設備中普及程度極高的原因之一:廠商可以零成本內置,跨品牌互通亦沒有授權障礙。
G.711 與其他壓縮編碼相比有什麼取捨?
G.711 的優點是話音質素高、演算延遲極低、設備支援面最廣;代價是 64 kbit/s 的碼率較高壓縮編碼佔用更多頻寬。內網或寬頻充裕的環境建議優先使用 G.711 以取得最佳通話質素;頻寬非常緊絀的連線才需要考慮低碼率壓縮編碼,但音質會有所下降。選型時應以線路實際頻寬與話務量作準。

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