Sistema pcm

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ ENGENHARIA ELÉTRICA

Codificação de fala PCM & ADPCM

Felipe Gabriel de Mello Elias GRR20041450 Curitiba, novembro de 2006

Técnicas de Codificação de Voz (PCM e ADPCM) Introdução Qualquer tipo de informação que necessite ser armazenada em um sistema computacional ou transmitida em um canal de transmissão, necessita passar por um tratamento de sinal, ou sejaum processo chamado de codificação de fonte. A grande vantagem da utilização de um sistema assim é a redução de entropia do sinal. A codificação digital de voz utiliza a amostragem e a quantização do sinal para conseguir a menor taxa de codificação possível e a melhor qualidade do sinal sintetizado. Dentre as técnicas de codificação de voz mais utilizadas podemos citar: PCM e ADPCM. Pulse CodeModulation (PCM) O PCM é um tipo de codificador de forma de onda, que procura reproduzir o sinal amostra por amostra.

Figura 1 – Exemplo de amostragem com intervalos de Δ e exemplo de quantização com 15 níveis de intervalo.

A modulação PCM de um sinal analógico acontece de forma simples: o sinal é amostrado em intervalos de tempo iguais, o sinal é quantizado em alguns níveis finitos deamplitude, finalmente o sinal é codificado. O método de

codificação

da

forma

de

onda

PCM

está

definido

nas

especificações

internacionais CCITT G.711, e AT&T 43801. A amostragem deve respeitar a freqüência de Nyquist, fa = 2*fM. Primeiramente adota-se um intervalo fixo de tempo entre uma amostra e outra. Tanto o modulador quanto o demodulador tem os passos de amostragem jádefinidos pelo sistema, no caso do PCM de telefonia o equipamento “enxerga” uma banda de 4000Hz que corresponde aproximadamente a banda que o sinal de voz ocupa. A freqüência de amostragem é de 8000Hz (8000 amostras por segundo ou ainda uma amostra a cada 125us), respeitando a freqüência de Nyquist. No sistema telefônico o intervalo entre uma amostra e outra de um canal é utilizado para agregaroutras amostras de outros canais diferentes. O processo de quantização pode ser visto como o mapeamento do sinal, a partir do domínio contínuo para um número finito de níveis de saída. Como o sinal analógico pode ter uma amplitude teoricamente infinita, mas na realidade com um valor máximo de amplitude, divide-se este intervalo de valores possíveis em alguns níveis de amplitude de saída. No PCMtemos 256 níveis de quantização, como o PCM utiliza a codificação binária, cada palavra-código contém 8 bits (2 = 256). Temos 8 bits para representar cada amostra. Por causa da limitação da representação do sinal existirá sempre a presença de um ruído de quantização, no sinal quantizado. O quantizador uniforme tem um passo de quantização constante o intervalo entre os níveis de quantização. A relaçãosinal-ruído (incluindo o ruído de quntização) é um fator que afeta a qualidade de voz na codificação uniforme. A quantização uniforme utiliza níveis iguais de quantização em todo o “range” de entrada do sinal analógico. Sinais de pequena amplitude têm baixo nível de relação sinal-ruído e sinais com alta amplitude têm uma relação sinal ruído alta. Como a maioria dos sinais de voz têm pequenasamplitudes, este processo é ineficiente e o quantizador não uniforme entra em cena. No quantizador não uniforme, o passo de quantização não é constante, mas é função da amplitude do sinal, na verdade os níveis têm um espaçamento logarítmico entre si. A “compansão” é um processo onde primeiro se comprime o sinal analógico na fonte e depois expandir o sinal no seu lugar de destino. O termo compansão é ajunção dos termos compressão e expansão. No processo de compansão as amostras do sinal digital são comprimidas em segmentos logarítmicos. Cada segmento é então quantizado e codificado usando a
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codificação uniforme. O processo de compressão é logarítmico. A compressão aumenta a medida em que as amostras do sinal aumentam. Quanto maior um a amostra é em amplitude mais esta será comprimida...
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