P E N G K O D E A N T ' R E D I K T I F. . . . . .
PENGKODEAN PREDIKIIF SIIVYAL SUARA DEI\IGAN TEKNIK ANALISIS - SINTESIS AIeh: 9rDfl
Burnq.ma
Abstrsct 'the use ot' a dtgital represantation ol speech signaLsLn commumication systems hss msnA aduantages in turns of qualttg and reltabtlitg. Sn a dlgitaL sgstem. tlrc anaLogspeechslgnaL Lsconuerted into a dtgLtal representation bg sn encoder, sent ouer a digital chsnnel, s.nd conuerted bqck into an anaLogsignaL bg a decoder.-A sLmpLedtgttal representation Lspulse code modula.tion(AchD, LsLn widespreo.d use o.nd" resuLts in a bLt rate of 64 kb/s. 9n mang appllcations, such ss mobLlecommuniccttions and uolce storqge apphcatLons,the ousilable cho.nneLcapacltg is Limlted.Ihe solutlon is to find tlrc signal representationsthst use the Leastnumber of bits snd the bit rstB can be reduced bg rapresentLngthe sample ampLltu.des with fewer blts.(parametric representqtion ol speech). Qredictiue codLng ol speech using analgsis-bg-sgnthesls technlques is now in use for reducing the bit rste concetnlng transmisslon rs.te Ln communLcatLonsgstem.Sor ex,ampLe: QC,7l 64 kb/s conuerted to LD-C?LA t 6kb/s belora transmited but stLILmsintsLn the ssme qualltg. 'tlrc
loLlowlng article descrLbesone ot' the application of predlctlue codLng of spaech using analgsls-bg-sgnthesls technlqucs
Pendahuluan Sistempenglioclear sinyalsmradenganbit raterendahterbagiatas[3]: 1. Representasiparametersinyal suara oleh satu set parameteryang mengkarakteristikan sumbereksitasidan spektralfilter jalur suara. Contoh : Lineur Pretlictive Coding (LPC) vocoder. Suatu model parametrik dari sistem suara manusia untuk mengkarakteristikkansinyal suara dalam bentuk koefisien
Meditek
PENGKODEAN PREDIKTIF .....
LPC, gain , jenis eksitasi dan periodapitch untuk jenis eksitasivoiced. suara untuk konversi ke dalam 2. Kuantisasi dari parameter-parameter simbol-simboldiskrit bagi keperluantransmisi. Teknik kuantisasiyang telahdikembangkan: * kuantisasiskalar *
kuantisasivektor
Kuantisasi skalar : Prosedurrelatif lebih sederhanatetapi kemamnuanuntuk mereduksibit rate terbatas. spektraldikuantisasisebagaisebuah Kuantisasi vektor : Parameter-parameter vektor twrggal dalam sebuah buku kode. Mempunyai kemampuan untuk mereduksibit rate. Deskripsi telepon digital (telephone speech coding) dapat dilihat pada Gambarl.[3]
CCITT t912
CCITT 1984
32
CC]TT l99l
16
CSM 1988
CTIA t989
NSA I 989
NSA I 982
DIGITAL CODING STANDARDS
KBPS
8
NETWORK
MOBILERADIO VOICE-MAIL
SECURE V O IC E
4 . 0- 4 . 5
3 . 5- 4 . 0
2 . 5- 3 . 5
APPLICATIONS
QUALTTY (MOS) 5 : Excellence 4 : Good 3 : Fair 2 : Poor I : Unacceptable
SPEECH BANDWI DTH : 3200 Hz. Gambar l. Deskripsitelepon dtgital(telephonespeechcoding).
Meditek
PENGKODEAN PREDIKTIF ......
Low-DelaySpeechCoding at16 kb/s.[2][3] Standardpengkodeansinyal suarayang telah lama dan banyakdipakai adalah PCM Alaw danPCM pr-lawdenganbit rate 64 kb/s.Standard tersebutdiberikode G.711oleh CCITT. Denganrnenggunakan standardtersebutdapatdihasilkansuara dengankualitastinggi padabandwidthtelepon. Untuk bit rate 16 kb/s , CCITT menentukanstandardyang berlaku umum. Kualitas yang ditetapkanCCITT antarlain menyangkutwaktu nnda (delay time) antaraI msecdan 5 msec.Artinya padabit rate 16 kb/s denganwaktu tundadiatas tetap menghasilkankualitas yang tinggi ( hampir samadengankualitas PCM 64
kba). Pada tahun 1992 CCITT mengeluarkanrekomendasiG.728 mengenai Low-Delay Code Excited Linear Prediction(I--D CELP)UI. LD CELP adalah pengkodeprediktif yang terdiri atasprediksi linier adaptif bachvard orde tinggi, gctin lanrtitsasi adaptif baclovard, penelus.ran buku kode eksitasi CELP dan posffilter adaptif. Untuk mendapatkandelay time yang kecil dipakai prediksi adaptif bach,uard denganmenggunakanukuran vektor eksitasiyang kecil, sebesar5 cuplikan alau 0,625msec. LD-CELP l6 kb/s adalahsalahaplikasidali PredictiveCodingof Speechusing Analysisby Synthesis technique.
Transkoding PCM 64 kb/s dan LD-CELP 16 kb/s.[f] ProsestranskodingPCM 64 kb/s danLD-CELP 16 kb/s secaraskernatisdapat dilhatpadadiagramblok Gambar2.
64 kb/s A-Law or ,,-law
l'CM inpJi
64 kb/s A-law or p -law
Gambar2. Diagramblok TranskodingPCM 64 kb/s dan LD-CELP l6 kb/s
Meditek
P E N GK O D E A N P R E D I K T I F . . . . . .
Blok diagramsederhana dari LD-C[1LPEncoderdanLD-CELPDc'coder dapat dilihatoadaGarnbar3
g tb/! PCM ioDul
C6!.nro
vddMd
-
FiailpcM
I I
';
€&buo /O
syu.rt
€->
_i).
VO
V
+
l_ I
f
l6 kb/s
a.dw..d p.Frrd
a. LD-CELPEncoder
da.66->
tddo
-->
ol
II I
I II
I
b. DecodcrLD-CELP GanrbarI Diasranrblok Lrncodcr clarrDecocle r I-D-CEt-P
ProsesTranskodirrg Transkodingadalahproscspcngalihanfbrmatkodesinyal,dalamlul ini adalah pengalihanformat PCM rncnruutrekomcndasiG.711 dan format LD-CELP t.nenurut rekomendasi G.728.ForrnatsinyalsuarayanguntlunadalahPCM 64 kb/s. Bit rate64 kb/s ditunmkandenganmenggunakan formatLD-CELP,yaitu 16 kb/s. Prosespenurunnyabit ratc dari formatPCM ke fonnatLD-CELP disebutsebagai enkoding.Outputenc'oderben-rpa fbmratLD-CELP l6 kb/sditransmisikan melalui kanaltransmisimenu^iu ke decoder.Padabagianclecoder. formatLD-CELP 16kb/s
Meditek
PENGKODEAN PIIEDIKTIF ......
dikonversikankcmbalike fonnatPCM 64 kb/s.( Blok diagramprosestranskoding padaGambar2.) PadaencoderLD-CELP 16 kb/s sinyalinput berupaPCM unform jadi sinyal masulianberupaPCM A-larv atauPCM pr-lawhirus dikonversike format PCM unifbrnt berdasarkanrekotnendasiCCITT G.7lI. Sinyal masukan-masukan tersebut dibagi masing-masingmenjadi lima sampel, sehinggamembentuk blok-blok yang berisi lima sampel.Masing-masingblok masukandilewatkanke terdapatrulai Mean vektor buku kode sebanyak1024vektor sinyal terkr"rantisasi yang minimum terhadapsinyal masukan.lndeks buku kode Sqtnre Error QvASE) yang sesuai dengan nilai MSE dipilih untuk ditransmisikan ke dasarpengkodeantersebutadalahsebagaiberikut : decoder.Pnnsip-prinsip l. Input adalah deretansampel sinyal suara dalam format PCM linier. Periodesurnplingadalahsetiap125 pt,sec atau8000sampelsper detik. 2. Satu group yang terdiri dari 5 sampels disebut sebagai satu vektor sinyal. Satu 'n'ektorsinyal ini akan diprosessehinggamenghasilkan outT'tul berupaindeksbuku kode sepanjang10 bits. Panjangbit untuk 5 pada sampels(PCM) padainput adalah5 x 8 bits :40 bits. Sedangkan otttput,panjangbitnya adalah10 bits, yaitu indeksdari buku kode yang terpilih. Dengan demikian teriadi penurunanpanjang bit informasi nrenjadi jdari panjangsernula.Bit rote input adalah64 kb/s, maka bit rdte otttputadalah f dari 6a kb/s adalah16 kb/s. 3. Empat buah vektor yang berurutan,menibentuksatu siklus adaptasi yang disebutsebagaiframe. Bagian yang ditransmisikandari encoderke decoderadalahindeks buliu kode kuantisasivektor eksitasi.Tiga jenis parameteryang di-updatesecaraperiodik adalah: 1. Gain eksitasi( setiapsatuvektor). 2. Koefisienfilter sintesis(setiapsatuframe). 3. Koefisienfilter pemberatpersepsi(setiapsatuframe). Butir 1 dan butir 2 memiliki periodeuntuk meng-updatekoefisiensetiapsatu frame.yaitu 2,5 rnsec.Tetapidelaytime yangdihasilkanharusdi bawah2 msec. mal,iaukuranbufferhan1,a satuvektorsajayaitu0,625msec. sepanjang
Meditek
P E N GK O D E A N P R E D I K T I F . . . . . .
Algoritma PengalihankodepadaEncoder: Pengalihankode PCM ke LD-CELP dilakukan oleh encoder.Alsoritrna pengalihankode adalahsebagaiberikut : l. MengambilsinyalPCM logaritmis 2. KonversiPCM-log ke PCM-linier 3. Menghitungkoefisienpemberatpersepsi 4. Menghitungkoefisienfilter sintesis. 5. Menghitunggain vektor kode 6. Menerapkanfilter pemberatpersepsipadasinyal suaramasukan. 7. Menerapkan filter sintesis pada vektor kode yang terpilih pada tahap sebelumnya.Selanjutnyadilewatkan pada filter pemberatpersepsiyang digunakanpadabutir 6. 8. Menghitung vektor target. 9. Menghitungminimumsquureerror. l0.Memilih indeksbuku kode terbaikdan mensirimke decoder. I l.Memperbaharuimemori filter l2.Kembali ke langkah butir 1 untuk sinyal masukan suara yang berikutnya. Langkahbutir 3 dan butir 4 dilakukansekaliuntuk setiapempatvektor.Bagian yang dikidm ke bagian decoderadalahindeks buku kode terbaik yang diperoleh padalangkahbutir 8. Algoritma PengalihankodepadaDecoder Decodermemiliki bebanprosesyang lebih ringandari padaencoder.Decoder melakukanprosefilterirag sintesisdan dilanjutkandenganposffiltering. Algoritna decodingadalahsebagaiberikut : 1. Melakukan perhitungankoefisienfilter 2. Melakukan perhitungangain vektor kode 3. Menerapkan filter sintesis pada vektor kode.Vektor kode dipilih berdasarkan indeksbuku kodeyang diterimadari encoder. 4. Melakukan perhitunganparameter-param eterp ostfi Iter . 5. Menerapkanpostfilter padakeluaranfilter sintesis. 6. Konversiformat PCM-linierke PCM-los.
Meditek
PENGKODEAN PREDIKTIF ......
PCMJog adalahformatsinyaldenganbit rate 64 kb/s,seperlipadainputbagian encoder. Ptosestranskodir-rg dapatdiuji melaluisuatusimulasidenganbantuanperangkat keraskomputerPC lengkapdengansoundblaster.Perangkatlain yang berfirngsi sebagaialatbantuadalahosciloscopedan signalgenerator. Perangkathurakyang digrrnakanbebas, contoh compilerBortlandC*+ versi 4.X dan Creative WcweStudir:. Perangkatlunak Matlab dapat dipakai untuk membentukheader.file*.WAV ([4rindowApplicationVoice).Sistemoperasiyang dicunakanmhimal window'95.
Kesimpulan Dari hasil penulisandi atasdapatditarik beberapakesimpulan: 1. Transmisi sinyal suaradenganLD-CELP l6 kb/s dapatmenghasilkan kualitas yang hampir sama dengan PCM 64 kb/s namum dapat menghematpemakaian band wi dth kanal transmisi. 2. Proseskuantisasivektor lebih rumit daripadakuantisasiskalar. 3. Aplikasi LD-CELP 16 kb/s antara larn Cordless telephone;Land digital mobile rudio system;Store and.forward systemsZow C,N digital sotellite systemsdan lain-lain. 4. LD-CELP tidak bisadipakaiuntuk sistembroodcustyang membutuhkan kualitastinggi. Kepustakaan 1. CCITT recommendattonG.728, Coding of'Speech at 16 kb/s using Lov,-Delqy Code ExcitedLinear Prediction, 1992. 2. CCITT recommendationG.7l I , Pttlse Code Modulqtion of Voice Frec1uencies.1972. 3. Deller, Proakis,Hansen, Dlscrete-TimeProcessingof SpeechSignals, New Jersey:Prentice Hall, 1993. 4. Furui Sadaoki,Sondhi Mohan.M, Advancedin SpeechSignal Processing McrrcelDekker,INC New York, 1992.
Meditek
PENGKODEAN PREDIKTIF ......
Digilal Speech : Coding fo, Low Bit Rate Communication Systems,John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, England,1995. 6 . Proakis.J.G, Manolakis.D.G, Digital Signal Processing ; Principles, Algorithm and Applications, second edition Macmillan Publishing Company,New York, 1992.
5 . Kondoz, A.M,
Meditek
