A-Law

A-Law ist die Kennlinie, mit der Telefonsprache in Europa digitalisiert wird. Sie ist Teil der Empfehlung G.711 und beschreibt, wie ein Abtastwert auf 8 Bit abgebildet wird — nicht linear, sondern mit feiner Auflösung bei leisen und grober bei lauten Signalen.

Diese Ungleichbehandlung ist der ganze Trick, und sie beruht auf einer Eigenschaft des Gehörs: Ein Rauschen von konstanter Stärke fällt in leisen Passagen auf und in lauten nicht.

Warum A-Law die Kennlinie krümmt

Ein Telefonkanal überträgt 8000 Abtastungen je Sekunde bei 8 Bit — daraus ergeben sich die 64 kbit/s eines B-Kanals. Acht Bit erlauben 256 Stufen, und das ist für Sprache zu wenig, wenn man sie gleichmäßig über den Pegelbereich verteilt: Leise Sprache würde nur ein paar Stufen nutzen und entsprechend verrauscht klingen.

A-Law verteilt die Stufen daher ungleich. Nahe der Nulllinie liegen sie dicht, bei hohen Pegeln weit auseinander. Das Ergebnis ist ein über den gesamten Pegelbereich annähernd gleichbleibender Signal-Rausch-Abstand — der Quantisierungsfehler wächst mit dem Signal, statt konstant zu bleiben.

Der Gewinn lässt sich beziffern: Die Qualität entspricht etwa einer linearen Auflösung von 12 bis 13 Bit. A-Law spart also rund ein Drittel der Datenmenge, ohne hörbar schlechter zu sein. Dieses Verfahren heißt Kompandierung, aus Kompression beim Sender und Expandierung beim Empfänger.

Technisch ist die Kennlinie aus 13 Geradenstücken zusammengesetzt, die eine logarithmische Kurve annähern. Der Parameter A hat den Wert 87,6. Die acht Bit gliedern sich in ein Vorzeichenbit, drei Bit für den Segmentindex und vier Bit für die Position innerhalb des Segments.

A-Law und μ-Law: die geografische Teilung

G.711 beschreibt zwei Kennlinien, und welche gilt, hängt vom Erdteil ab:

Die Unterschiede sind klein, die Codierungen aber nicht austauschbar. Spielt ein Gerät A-Law-Daten als μ-Law aus, entsteht ein verzerrtes, blechernes Signal mit deutlichem Rauschen — verständlich, aber unangenehm. Bei interkontinentalen Verbindungen setzt deshalb ein Gerät im Signalweg um; die Vorschrift lautet, dass die Umsetzung auf der Seite erfolgt, die μ-Law verwendet.

In der VoIP-Praxis ist das der häufigste Fall, in dem der Begriff auftaucht: Beide Kennlinien erscheinen in der Codec-Liste, A-Law als PCMA mit Nutzlasttyp 8, μ-Law als PCMU mit Nutzlasttyp 0. Steht in einer deutschen Anlage PCMU an erster Stelle, telefoniert sie mit der falschen Kennlinie, wenn die Gegenseite mitgeht.

Wo A-Law heute arbeitet

Überall, wo unkomprimierte Telefonsprache transportiert wird. Das ist mehr, als man erwarten würde:

In SIP-Netzen als Codec erster Wahl. G.711 braucht 64 kbit/s plus Kopfdaten, also rund 85 bis 100 kbit/s je Richtung — viel im Vergleich zu G.729 oder Opus, dafür ohne Rechenaufwand, ohne zusätzliche Verzögerung und mit der besten Qualität im Telefonband. In Festnetzen ist Bandbreite kein Engpass, weshalb A-Law der Normalfall bleibt.

Bei Fax über IP. Faxtöne überleben eine Sprachkompression nicht. Wer Fax über einen SIP-Anschluss betreibt, braucht G.711 ohne Komprimierung — oder T.38, das das Fax als Daten überträgt.

In Sprachspeichern und Ansagen, deren Dateien vielfach als A-Law-Rohdaten vorliegen.

Als Bezugsgröße für Qualität. Der Begriff Toll Quality bezeichnet genau das, was G.711 im Band von 300 bis 3400 Hz leistet.

Abgrenzung

μ-Law ist die nordamerikanische Entsprechung derselben Idee mit anderen Parametern.

PCM ist das übergeordnete Verfahren der Pulscodemodulation; A-Law beschreibt nur, wie der Abtastwert quantisiert wird.

G.729, G.722 und Opus sind Codecs, die rechnen statt nur zu quantisieren: G.729 spart Bandbreite, G.722 und Opus erweitern den Frequenzbereich über das Telefonband hinaus.

Dynamikkompressor in der Tontechnik verändert das Signal hörbar und dauerhaft. Die Kompandierung bei A-Law wird beim Empfänger wieder aufgehoben und ist keine Dynamikbearbeitung.

Quellen

• ITU-T G.711: Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies
• ITU-T G.712: Transmission performance characteristics of pulse code modulation channels