BAB I PENDAHULUAN Hakekat komunikasi yang baik adalah proses timbal-balik pertukaran informasi yang lancar dari dan ke peserta komunikasi. Agar dapat dipertukarkan kepada pihakpihak peserta komunikasi, informasi harus dikemas dalam suatu besaran fisik yang dapat diterima, dirasakan, atau dimengerti oleh penerima. Besaran fisik inilah yang disebut isyarat. Kuantitas besaran fisik selalu berubah terhadap waktu sesuai kadar informasi yang dikandung dalam isyarat sesaat. Sebagai contoh, isyarat audio adalah representasi informasi dalam bentuk suara dan wujud awalnya merupakan besaran tekanan udara (akustik) yang selalu berubah dan dipicu oleh sumber getaran dengan jangkauan frekuensi dari 20 Hz sampai 20 kHz. Berdasarkan jenis sumber suara, isyarat audio dapat dibedakan menjadi isyarat tutur dan isyarat musik. Isyarat tutur adalah isyarat audio yang berasal dari getaran pita suara manusia. Isyarat musik merupakan isyarat audio yang dihasilkan oleh peralatan musik. 1.1
Latar Belakang Permasalahan Sebagai hasil dari sumber bunyi, isyarat audio termasuk dalam kategori
isyarat analog. Dalam bentuk besaran analog ini isyarat audio dapat dinikmati oleh telinga manusia. Besaran fisik isyarat audio yang berupa tekanan udara sangat dipengaruhi oleh lingkungan sekitar sumber bunyi. Jarak jangkau rambatan isyarat audio juga sangat terbatas sejauh hitungan dalam satuan meter. Semakin jauh dari sumber bunyi, isyarat audio akan diterima dengan intensitas semakin lemah. Untuk proses komunikasi dalam jarak puluhan meter isyarat audio perlu dikuatkan agar sampai ke pendengar. Proses penguatan akustik secara langsung biasanya tidak mudah untuk dikerjakan. Sebagai alternatif, isyarat audio harus dirubah dalam besaran elektrik dengan bantuan mikrofon sebelum dikuatkan. Mikrofon berfungsi sebagai transduser yang merubah besaran tekanan udara menjadi besaran tegangan atau arus listrik. Dalam dimensi elektrik, selain isyarat audio dapat dikuatkan sesuai keperluan dan isyarat audio juga dapat dimanipulasi untuk memperoleh kualitas yang diinginkan. Isyarat audio dalam dimensi elektrik juga mempunyai kesempatan untuk dapat dikirim ke pendengar yang berada dalam jarak ribuan kilometer dari
1
sumber bunyi. Pengiriman jarak jauh ini dapat dikerjakan dengan kabel sebagai saluran pengiriman atau pengiriman isyarat suara juga dapat dilewatkan melalui udara dengan memakai pertolongan antena. Isyarat audio dalam dimensi elektrik dirubah dan dipancarkan oleh antena ke udara dalam besaran elektro-magnetik. Seiring dengan bertambahnya jumlah pengguna, tuntutan kualitas layanan dan media layanan jasa telekomunikasi, teknologi telekomunikasi telah berkembang pesat dalam tiga dasa warsa terakhir. Diawali dengan bergesernya teknologi analog ke digital teknologi telekomunikasi telah merambah ketataran teknologi internet, sistem telekomunikasi nirkabel dan bergerak.
Pada sistem komunikasi digital,
isyarat analog harus diubah terlebih dahulu menjadi isyarat digital sebelum dikirim ke penerima. Di sisi penerima, isyarat audio digital direkonstruksi kembali menjadi isyarat analog. Pengubahan isyarat analog menjadi isyarat digital melibatkan proses pencuplikan, kuantisasi, dan penyandian. Pada proses pencuplikan, isyarat kontinu waktu dirubah menjadi isyarat diskret waktu. Sedang pada proses kuantisasi terjadi diskretisasi besaran amplitude. Proses penyandian mengkonversi nilai amplitude numeris ke kode biner. Volume data isyarat digital dalam konteks sistem komunikasi dinyatakan dalam besaran pesat bit dengan satuan bit per detik (bit/s). Pada proses digitalisasi isyarat audio stereo, frekuensi cuplik yang dipakai pada radio satelit, compac disc (CD) dan studio profesional adalah 32 kHz, 44,11 kHz dan 48 kHz. Jika proses kuantisasi dilakukan dengan resolusi 16-bit pada setiap nilai cuplikan, maka akan dihasilkan isyarat audio digital dengan pesat bit dari 1,0 Mbit/s sampai 1,5 Mbit/s. Ukuran pesat bit tersebut ternyata dengan mudah dapat melampaui kapasitas penyimpan data atau kapasitas saluran komunikasi, seperti kapasitas jaringan ISDN sebesar 64 kbit/s, kapasitas saluran komunikasi mobil GSM sebesar 13 kbit/s atau bahkan jaringan internet dengan kapasitas yang relatif besar. Terdapat paling tidak ada dua alternatif solusi untuk menyelesaikan permasalahan kapasitas saluran komunikasi yang terbatas.
Solusi pertama adalah membangun infrastruktur baru meningkatkan kapasitas saluran komunikasi sesuai kebutuhan pengguna, tetapi hal ini belum tentu menguntungkan dari aspek ekonomi, karena pihak operator
2
harus menanamkan investasi tambahan guna membiayai infrastruktur jaringan komunikasi baru.
Solusi kedua adalah tetap menggunakan infrastruktur jaringan komunikasi yang telah tersedia. Pada solusi ini diperlukan proses manipulasi volume data yang besar menjadi lebih rendah tanpa harus mengurangi kadar informasi yang terkandung dalam isyarat. Proses manipulasi ini sering disebut kompresi data atau penyandian sumber.
Solusi ketiga merupakan gabungan solusi pertama dan kedua.
Selain kadar informasi yang wajib dipertahankan dalam proses penyandian sumber, juga perlu diperhatikan dua aspek yang penting lainnya, yaitu aspek rasio kompresi dan kualitas isyarat. Dua aspek tersebut bersifat antagonis. Jika rasio kompresi meninggi maka kualitas isyarat akan merendah, dan demikian juga sebaliknya [1]. Untuk mendapatkan nilai kompromi yang optimal antara aspek rasio kompresi dan kualitas isyarat perlu juga diperhatikan aspek lain seperti kompleksitas dan latensi. Sebagai contoh, penyandian sumber secara sederhana dapat direalisasikan dengan kompleksitas dan latensi yang minimal melalui penurunan
frekuensi cuplik dan
jumlah langkah kuantisasi secara drastis. Rasio kompresi yang diperoleh dapat dijamin maksimal, akan tetapi kualitas isyarat hasil penyandian sumber tidak dapat lagi dijamin tetap baik. Dalam rangka untuk mendapatkan kompromi yang optimal antara kualitas hasil penyandian dan pesat bit yang diinginkan, munculah beragam jenis teknik penyandian sumber atau kompresi data. 1.1.1 Konsep Dasar Kompresi Data Prinsip dasar kompresi data adalah menghilangkan komponen redundans (mubazir) dan komponen irelevans dalam isyarat audio di sisi pengirim. Peniadaan redundans bersifat reversible dan peniadaan irelevans bersifat irreversible. Setelah melalui proses transmisi isyarat, komponen redundans disisipkan lagi pada proses rekonstruksi isyarat asli di sisi penerima. Sedang komponen irelevans lain yang secara tidak sengaja terpungut akibat interferensi derau selama transmisi isyarat, diusahakan agar tidak ikut dalam proses rekonstruksi isyarat asli. Komponen
3
irelevans ini kebanyakan bersifat parasitik terhadap hasil rekonstruksi isyarat. Secara ilustratif konsep dasar kompresi data dapat diperlihatkan dalam Gambar 1.1.
Redundans
Redundans
X Transinformation
X
Pengirim
X
Irelevans
Irelevans
Penerima
Gambar 1. 1 Konsep dasar kompresi data (penyandian sumber) Secara garis besar terdapat tiga konsep yang mendasari prosedur manipulasi untuk menghilangkan komponen redundans dan irelevans. Konsep-konsep yang berorientasi: 1) Pada proses pembentukan isyarat atau pada sifat-sifat isyarat, 2) Pada eksploitasi sifat-sifat penerima isyarat, serta 3) Pada perpaduan konsep pertama dan kedua.
Pada konsep pertama, komponen redundans isyarat dihilangkan melalui pemodelan isyarat audio. Pemodelan ini berdasar pada pengamatan sifat pola perubahan fisik isyarat, seperti perubahan amplitude, frekuensi atau fase isyarat terhadap waktu. Pola perubahan fisik isyarat dapat diinterpretasikan sebagai proses deterministik, proses stokastik, maupun proses yang lain. Dari asumsi model proses yang terkandung dalam isyarat dapat dilakukan proses analisis isyarat untuk memperoleh parameter model isyarat. Reduksi komponen redundans isyarat dapat diperoleh secara optimal dengan memperhatikan sifat isyarat yang dituangkan dalam parameter model. Dengan demikian model isyarat harus mempunyai hubungan keterkaitan dengan sifat-sifat utama isyarat. Terdapat berbagai model isyarat yang telah dipakai dalam penyandi audio, misalnya model sinusoid [2], model transien [3], model harmonik [4], model derau dan lain-lain.
4
Pada konsep kedua komponen irelevans yang dihilangkan. Agar peniadaan komponen irelevans tidak berdampak akut pada kualitas isyarat, maka pembuangan komponen irelevans dilakukan dengan bantuan sifat persepsi pendengaran manusia. Dalam metode penyandian sumber isyarat audio, sifat persepsi sistem pendengaran manusia direalisasikan dengan model psikoakustik. Model persepsi ini digunakan untuk membedakan komponen penyusun isyarat yang diperlukan dan tidak diperlukan dalam proses persepsi penerimaan isyarat oleh telinga manusia. Dengan kata lain model ini bertugas untuk mengungkap secara kualitatif maupun kuantitatif apa yang didengar oleh telinga, dan kemudian membuat kepastian tentang komponen isyarat yang tidak mengandung informasi secara subyektif (irelevans) [5] [6] [7]. Penyandi dengan model psikoakustik sering disebut perceptual coder [8]. Pendekatan konsep ketiga merupakan kombinasi kedua pendekatan sebelumnya. Penyandi sumber yang akan dibuat pada usulan penelitian ini akan memakai pendekatan ketiga. 1.1.2 Teknologi Penyandian Audio Teknik penyandian isyarat audio dapat dilakukan di ranah waktu, ranah frekuensi, maupun di kedua ranah waktu-frekuensi sekaligus. Berdasarkan ranah tempat operasi , teknik penyandian dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Penyandi di ranah waktu, contoh, predictive coding [9] [10] [11] dan GSM.
Penyandi di ranah frekuensi, contoh, transform coding, MPEG1 [12] MPEG2 [13] [14] [15].
Penyandi di ranah waktu-frekuensi, contoh wavelet coding, MPEG4 audio [16] [17] [18]. MPEG4 audio termasuk di kelas ini karena MPEG4 merupakan gabungan dari beberapa teknik penyandian di ranah waktu untuk isyarat tutur dan teknik penyandian di ranah frekuensi untuk isyarat audio.
Selain tiga kelas penyandi di atas terdapat teknik penyandi parametrik. Penyandi ini tidak menyandikan cuplikan isyarat di ranah waktu maupun ranah frekuensi, melainkan menyandikan parameter model isyarat. Jadi sebelum disandikan, isyarat lebih dulu dideskripsikan dan diparameterisasi melalui bantuan suatu model isyarat
5
yang sesuai. Untuk merepresentasikan isyarat dapat dipakai satu model isyarat atau beberapa model isyarat secara simultan. 1.2
Perumusan Masalah Keseluruhan kelas penyandi selalu mencoba menggunakan sifat-sifat isyarat
untuk mengoptimalkan hasil penyandian. Penggunaan sifat isyarat dalam penyandian selain membuat kinerja penyandi menjadi lebih optimal, tetapi juga membawa dampak negatif, yaitu penyandi tidak lagi optimal untuk semua isyarat, terutama isyarat yang tidak mempunyai sifat yang ikut diperhitungkan dalam perancangan penyandi. Dengan kata lain, semakin penyandi dioptimalkan untuk jenis isyarat tertentu, semakin sempit daerah kerja penyandi untuk sembarang isyarat. Fenomena ini yang menyebabkan terdapatnya beberapa jenis penyandi tutur dan penyandi audio. Penyandi tutur seperti ADPCM, GSM G927 dan sebagainya, bekerja dengan optimal untuk isyarat tutur pada pesat bit disekitar 8 kbit/s. Penyandi audio seperti MPEG1, MPEG2 dan sejenisnya beroperasi di daerah pesat bit di atas 64 kbit/s dan cocok untuk segala jenis isyarat audio. Pada pesat bit di bawah 16 kbit/s penyandi audio MPEG1 dan MPEG2 tidak mempunyai kinerja yang cukup baik dibanding penyandi tutur. Dan demikian pula sebaliknya, penyandi tutur hanya dapat bekerja optimal pada pesat bit dari 6 kbit/s sampai 32 kbit/s. Penyandi tutur juga akan turun kinerjanya jika mendapat masukan isyarat musik. Pada pesat bit di bawah 16 kbit/s untuk isyarat musik sampai saat ini belum banyak tersedia penyandi audio. Sejauh menurut investigasi literatur yang dilakukan hanya penyandi audio MPEG4 [18] yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Penyandi audio MPEG4 merupakan kumpulan beberapa penyandi audio, tutur dan musik yang masing-masing sudah dioptimasi pada daerah pesat bit tertentu untuk klas isyarat audio tertentu. Dengan demikian penyandi ini dapat bekerja baik di segala rentang pesat bit. Untuk keperluan sistem yang relatif kecil dengan kebutuhan pesat bit tertentu, maka pemakaian penyandi MPEG4 akan menjadi lebih dari yang diperlukan. Pada penelitian ini akan dibuat penyandi audio alternatif , yaitu penyandi yang dapat sebagai pilihan pengganti dari penyandi yang sudah tersedia yang bekerja di bawah 16 kbit/s untuk isyarat musik pada khususnya.
6
1.3
Keaslian Penelitian Pada penelitian ini dibuat penyandi isyarat musik berdasar model isyarat FM
dengan pesat bit di bawah 16 kbit/s. Salah satu contoh penggunaan penyandi yang dibuat adalah untuk memungkinkan pengiriman isyarat musik pada saluran GSM. Seperti yang telah diketahui, saluran GSM hanya dirancang untuk keperluan pengiriman isyarat tutur pada pesat bit 13,7 kbit/s dalam jaringan telefon nirkabel. Metode yang digunakan untuk pembuatan penyandi adalah metode penyandian parametrik, yaitu penyandian yang diawali dengan pemodelan isyarat berdasar pada sifat dasarnya dan dilanjutkan dengan eksploitasi model isyarat agar dapat disandikan seefisien mungkin. Konsep eliminasi komponen redundans dan irelevans pada skala besaran isyarat dikerjakan secara simultan pada proses pemodelan isyarat. Asumsi yang dipakai pada pembuatan penyandi adalah bahwa
isyarat musik
tersusun atas sinusoid-sinusoid yang terstruktur secara harmonis [19], [20] dan spektrum isyarat musik mempunyai stasioneritas pada bingkai-bingkai waktu. Berangkat dari kedua asumsi tersebut penyandi yang dibuat akan berdasar pada pemodelan isyarat FM (Frequency Modulation). Untuk melihat aktualitas penyandi berdasar FM terkait dengan penelitian-penelitian lain dapat dilihat pada Gambar 1.2. Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.2, terdapat empat area penelitian yang mempunyai keterkaitan langsung dengan penyandi berdasar FM yang akan dibuat. Keempat area penelitian tersebut adalah: Penyandi Harmonik Penyandi harmonik adalah penyandi yang mengeksploitasi sifat harmonis dari isyarat audio. Penyandi harmonik bekerja atas dasar analisis komponen sinusoid. Pemakaian sifat harmonis isyarat bertujuan untuk menghemat pemakaian bit untuk parameter frekuensi. Frekuensi-frekuensi harmonik cukup diwakili oleh frekuensi dasar untuk disandikan dan dikirim ke penerima. Sehingga parameter yang tersisa untuk disandikan adalah magnitude (amplitude) dan fase dari setiap sinusoid atau komponen harmonik. Terdapat banyak jenis penyandi harmonik untuk beragam kebutuhan pesat bit dan jenis isyarat. Penyandi harmonik satu dengan yang lain dibedakan terutama dalam pemakaian metode yang digunakan untuk menyandikan parameter magnitude dan fase.
7
[46][47][48]
Di Ranah Frekuensi
Di Ranah Waktu Frek. [42][43][44][45]
[36][37][38][39][40][41]
Di Ranah Waktu
Penyandi berdasar FM
= keterkaitan paling erat dengan penyandi berdasar FM
Sintesis FM
Gambar 1. 2 Posisi aktualitas penyandi berdasar FM pada area penelitian yang terkait
Berdasar pada penyandian kedua parameter tersebut, penyandi harmonik dapat dipilah menjadi empat kelas.
Penyandi harmonik magnitude: Besaran magnitude sendiri-sendiri.
dari setiap komponen harmonik disandikan secara
Besaran
fase
tidak
dikirim
ke
penerima.
Untuk
merekonstruksi isyarat, besaran fase dibangkitkan dipenerima [21] [22] [23] [24] [25].
Penyandi harmonik magnitude dan fase: Besaran amplitude dan fase dari setiap komponen harmonik disandikan secara sendiri-sendiri [26] [27] [28] [29] [30] [31].
8
Penyandi harmonik VQ magnitude: Beberapa magnitude
dari komponen harmonik dikelompokkan menjadi
sebuah vektor dan disandikan dengan kode representatif. Dengan kata lain penyandi bekerja atas dasar Vector Quantization (VQ) [32] [33] [34].
Penyandi harmonik VQ magnitude dan fase : Besaran amplitude dan fase dari beberapa komponen harmonik disandikan secara besama-sama. Penyandi bekerja atas dasar Vector Quantization untuk magnitude dan fase [35].
Sintesis FM Sintesis FM merupakan teknik sintesis isyarat audio yang bekerja atas prinsip modulasi frekuensi. Berdasar ranah kerjanya, sintesis FM dapat dibedakan dalam tiga kelas.
Sintesis FM di ranah waktu Konsep utama sintesis FM di ranah waktu adalah mengatur parameter FM secara iteratif untuk mencocokan bentuk gelombang isyarat hasil sintesis dengan isyarat asli [36] [37] [38] [39] [40] [41].
Sintesis FM di ranah waktu-frekuensi Konsep utama sintesis FM ini semestinya sama dengan sintesis FM di ranah waktu. Perhitungan di ranah frekuensi hanya untuk membantu proses optimasi sintesis FM di ranah waktu [42] [43] [44] [45].
Sintesis FM di ranah frekuensi Konsep utama sintesis FM di ranah frekuensi ini adalah mengatur parameter FM secara iteratif untuk mencocokan spektrum isyarat hasil sintesis dengan spektrum isyarat asli [46] [47] [48].
Model Persepsi Model persepsi merupakan model yang menirukan sistem persepsi pendengaran manusia dan sering disebut juga sebagai model psikoakustik.
Model
psikoakustik [12] [49] [50] banyak digunakan dalam penyandian isyarat audio untuk menyembunyikan kesalahan hasil penyandian agar tidak dapat didengar. Terdapat dua jenis model psikoakustik, yaitu model psikoakustik 1 dan model psikoakustik 2.
9
Penyandi Prediktif Penyandi bekerja secara prediktif untuk meningkatkan kinerja penyandi dengan mengeksploitasi komponen redundans. Penyandi prediktif dapat dibedakan menjadi penyandi prediktif waktu TDLP [9] [10] [11] dan penyandi prediktif frekuensi FDLP [51] [52]. Prediksi dilakukan di ranah spektrum untuk memperoleh sampul isyarat di ranah waktu. Penyandian dikerjakan untuk parameter sampul isyarat dan residu spektrum. Keterkaitan penyandi berdasar FM dengan metode yang lain Pada penyandi berdasar FM yang diusulkan, setiap magnitude harmonik tidak disandikan secara langsung melainkan keseluruhan magnitude-magnitude diikat bersama dalam satu atau beberapa set parameter model isyarat FM. Satu set parameter FM disebut satu operator FM yang tersusun atas amplitude, frekuensi pembawa, frekuensi modulasi dan indeks modulasi. Parameter FM ini yang selanjutnya baru disandikan menjadi besaran biner. Konsep representasi isyarat harmonik sebagai isyarat FM mempunyai kesamaan dengan konsep Vector Quantization (VQ) [53]. Jika pada VQ sekelompok magnitude diikat jadi satu kesatuan dan disandikan dengan kode biner, maka pada penyandi berdasar FM sekelompok magnitude diikat jadi satu kesatuan dan direpresentasikan sebagai parameter model isyarat FM. Dalam konteks metode penyandian harmonik, penyandi berdasar FM yang diusulkan mempunyi konsep dasar yang mirip dengan kosep dasar penyandi harmonik dengan VQ [32] [33] [34]. Untuk memodelkan magnitude-magnitude harmonik sebagai spektrum isyarat termodulasi FM, sebuah proses estimasi parameter FM dikerjakan dengan menggunakan metode sintesis FM secara iteratif. Jika secara tradisional (kecuali [46] [47] [48]) sintesis FM mayoritas dikerjakan di ranah waktu dengan mencocokkan bentuk gelombang isyarat asli dengan hasil sintesis FM secara iteratif, maka sintesis FM dalam penelitian ini dilakukan dengan sepenuhnya di ranah frekuensi dengan akurasi yang sangat tinggi. Spektrum harmonik isyarat musik dicocokan dengan spektrum FM yang disintesis dengan pertolongan fungsi Bessel [54]. Seandainya satu set parameter FM (operator FM) tidak mencukupi untuk mendeskripsikan spektrum harmonik isyarat musik, maka operator FM tambahan diestimasi untuk selisih
10
spektrum yang tersisa. Penentuan konvergensi tingkat kesempurnaan pemodelan FM dipakai Masking Threshold dari model psikoakustik. Pemakaian model psikoakustik dalam pemodelan isyarat dengan sintesis FM merupakan inovasi baru [48]. Sintesis FM di ranah frekuensi bukan hal yang sepenuhnya baru. Menurut studi literatur terdapat sebuah teknik sintesis FM yang sepenuhnya dikerjakan di ranah frekuensi, yaitu [46]. Perbedaan utama antara metode sintesis FM yang diusulkan [48] dengan sintesis FM [46] dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1. 1 Perbedaan sintesis FM yang diusulkan dengan sintesis FM [46] Akurasi frekuensi Sintesis FM yang diusulkan [48] Sintesis FM [46]
Teknik optimasi
Sangat tinggi
Jumlah minimum selisih absolut
DFT
Genetic Algorithm
Kriteria baik Masking Threshold dari model psikoakustik Generasi ke 300 atau ambang < 10−10
Untuk memodelkan isyarat musik sebagai isyarat FM perlu dilakukan analisis isyarat yang melibatkan ekstraksi komponen sinusoid, ekstraksi komponen harmonik dan pemodelan isyarat FM. Proses pemilihan metode-metode yang dapat
Ekstraksi Sinusoid
Sintesis FM
Estimasi Frekuensi
Metode Sintesis
[58][59][60][61][62][63][64]
[36][37][38][39][40][41]
Estimasi Amplitude, Fase
Kuantisasi Parameter Skalar-Vektor [85][86][53][67]
Teknik optimasi
(Tidak) Seragam
[77][94]
[42][43][44][45][46][47][48]
[86][87]
Estimasi Harmonik
Model Psikoakustik
Frekuensi (FDLP)
[30][66][67][68][69][70][71][72]
Estimasi Frekuensi Dasar [72][78][79][80][81][82][83]
Ekstraksi Harmonik
[5][6][14][49][50]
Statis [47]
Penyandi berdasar Modulasi Frekuensi
[51][52]
Waktu (TDLP) [9][10][11]
Ambang Kovergensi
Penyandi Prediktif
Gambar 1. 3 Diagram tulang ikan proses pengembangan penyandi berdasar FM 11
digunakan secara langsung maupun yang masih perlu diadaptasi terlebih dahulu pada pengembangan penyandi berdasar FM dapat dilihat pada diagram tulang ikan (fish bone diagram) pada Gambar 1.3. Penjelasan rinci tentang pemilihan dan pengembangan metode-metode yang dipakai untuk pembuatan penyandi berdasar FM dapat dilihat pada Bab II dan Bab III. Dari uraian tentang hubungan penyandi musik berdasar modulasi frekuensi dengan area penelitian yang terkait, dapat dirangkum novelity dari penelitian ini adalah:
Model isyarat FM yang dibuat berdasar metode sintesis musik FM digunakan untuk penyandian komponen harmonik. Magnitude-magnitude komponen harmonik isyarat musik diikat menjadi sebuah kesatuan dan ditampilkan sebagai parameter FM.
Metode sintesis FM dikerjakan di ranah frekuensi secara penuh dengan akurasi yang sangat tinggi.
Model psikoakustik sebagai wakil dari persepsi sistem pendengaran manusia dipakai untuk menentukan konvergensi tingkat kesempurnaan dalam pemodelan isyarat FM.
Metode prediktif penyandi dikerjakan di ranah frekuensi. Spektrum isyarat pada bingkai berikutnya diprediksi dengan mempertimbangan jumlah komponen harmonik yang stasioner.
1.4
Tujuan Penelitian Tujuan pertama penelitian ini adalah mengembangkan penyandi musik yang
dapat dipakai sebagai salah satu pilihan dalam melengkapi kebutuhan penyandi isyarat musik yang bekerja pada pesat bit di bawah 16 kbit/s. Pada daerah pesat bit ini belum terdapat banyak penyandi yang dioptimasi untuk isyarat musik. Tujuan kedua penelitian ini adalah membuat inovasi baru dalam pemodelan isyarat FM dengan menganalisis isyarat di ranah frekuensi dan melibatkan model persepsi pendengaran manusia. Tujuan kedua ini merupakan pendukung terealisasinya tujuan
12
pertama. Ide dasar realisasi kedua tujuan di atas berasal dari kesamaan sifat isyarat musik dengan isyarat termodulasi FM dalam hal kepemilikan spektrum frekuensi yang harmonis dan sifat isyarat musik yang mempunyai spektrum frekuensi yang relatif tetap dalam penggalan sumbu waktu. Untuk selanjutnya ide dasar tersebut direalisasikan dalam pembuatan penyandi dengan spesifikasi:
Jenis penyandi parametrik dan berdasar model isyarat modulasi frekuensi: Pemilihan jenis parametrik dipicu oleh keinginan penulis untuk memaksakan isyarat musik agar dapat disederhanakan dan ditampilkan dalam model isyarat FM. Pemakaian parameter-parameter FM untuk keperluan penyandian merupakan terobosan baru dalam teknik penyandian harmonik. Proses estimasi dan ekstraksi parameter-parameter FM yang dikerjakan dengan metode analysis by synthesis di ranah frekuensi dengan akurasi yang sangat tinggi juga merupakan inovasi baru.
Menggunakan model psikoakustik: Keterlibatan model psikoakustik dalam teknik penyandian bukanlah hal yang baru. Model psikoakustik diandalkan dalam penyandi audio untuk menentukan resolusi yang optimal pada proses kuantisasi komponen isyarat. Pada penyandi yang dibuat, model psikoakustik dipakai untuk menentukan nilai ambang kualitas
pemodelan
isyarat
FM.
Penyalahgunaan
penggunaan
model
psikoakustik dalam pemodelan isyarat FM merupakan hal yang baru dalam metode sintesis FM.
Bekerja secara prediktif: Konsep kerja prediktif merupakan kewajiban dalam penyandi audio yang berbasis pada metode prediksi linier dan dipakai untuk menghilangkan komponen redundans antar cuplikan isyarat dalam ranah waktu. Pada penyandi yang diusulkan, prediktor diandalkan untuk mengeksploitasi sifat stasioneritas spektrum antar bingkai isyarat agar pemakaian jumlah parameter FM dapat dihemat.
13
1.5
Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam
perkembangan ilmu pengetahuan pengolahan isyarat audio dengan menganalisis isyarat menjadi parameter FM dan menyumbangkan pengetahuan baru pada kemajuan teknologi dalam penyandian isyarat audio. Khususnya pada teknik penyandian audio parametris. Pembentukan isyarat musik menjadi aliran bit melibatkan empat tahapan proses, yaitu ekstraksi komponen sinusoid, pembentukan komponen harmonik, pemodelan isyarat FM dan penyandian parameter FM. Dari setiap tahapan proses diharapkan dapat menghasilkan ide atau inovasi baru yang dapat digunakan dibidang keilmuan yang lain atau dapat menciptakan area penelitian baru.
1.6
Batasan Penelitian Dalam memodelkan isyarat masukan menjadi isyarat termodulasi frekuensi
diasumsikan bahwa sumber komponen harmonik hanya berjumlah satu. Seandainya isyarat berasal dari beberapa instrumen musik, maka sumber harmonik yang diperhitungkan hanya satu buah. Pembatasan jumlah sumber komponen harmonik diberlakukan agar kompleksitas penyandian dan pesat bit dapat tetap rendah, karena setiap sumber harmonik memerlukan sebuah model isyarat FM tersendiri. Jika terdapat lebih dari sebuah sumber harmonik maka jumlah model isyarat FM bertambah dan pesat bit akan naik serta batasan daerah kerja penyandi akan melebihi 16 kbit/s.
1.7
Hipotesis Komponen spektral harmonik isyarat musik dianggap sebagai komponen yang
tidak berdiri sendiri-sendiri, melainkan diasumsikan sebagai satu perangkat spektrum garis seperti yang dihasilkan pada proses modulasi frekuensi. Sehingga melalui konsep ini diharapkan isyarat audio yang diasumsikan sebagai isyarat harmonik dapat direpresentasikan lebih efisien melalui satu atau beberapa perangkat parameter FM saja. Dengan demikian diharapkan penyandi yang diusulkan dapat dipakai sebagai alternatif solusi untuk memenuhi kebutuhan penyandi isyarat musik pada daerah kerja di bawah 16 kbit/s.
14
