VOICE DIGITIZATION
3.1 Pulse Amplitude Modulation
3.1.1 Nyqulst Sampling Rate
Sebuah resulr klasik dalam sampling sysrems didirikan pada tahun 1933 oleh Harry Nyquist saat dia memperoleh frekuensi sampling minimum yang diperlukan untuk mengekstrak semua informasi dalam bentuk gelombang waktu yang bervariasi. Hasil ini-kriteria Nyquist-didefinisikan oleh relasi.
F2> (2xBw) Where f2 = sampling frekuensi BW = bandwidth sinyal input
Turunan dari hasil ini ditunjukkan pada Gambar 3.2, yang menggambarkan $ pectrum sinyal input dan spektrum yang dihasilkan dari kereta pulsa pAM. Spektrum PAM dapat diturunkan dengan mengamati bahwa rangkaian impuls yang terus menerus memiliki specebum frekuensi yang terdiri dari istilah diskrit $ pada kelipatan frekuensi sampling.
Amplitudo sinyal input memodulasi istilah ini secara terpisah. Dengan demikian spektrum sideband ganda dihasilkan pada masing-masing istilah frekuensi diskrit dalam spektrum kereta pulsa. Bentuk gelombang sinyal asli dipulihkan dengan filter low-pass yang dirancang untuk menghilangkan semua kecuali spektrum sinyal asli. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2, filter low-pass reconstruc_ tive harus memiliki frekuensi cutoff yang berada di antara BW dan f, - Bw. Oleh karena itu, pemisahan hanya mungkin jika, - Bw lebih banyak dari pada BW (yaitu, if f> 2Bw).
Gambar 3.1 Pulse amplitude modulation
Gambar 3.2 Spectrum of PAM signal 3.1.2 Foldover Distortion
Jika gelombang input dari sistem PAM tidak diberi sampel (f,
<zBw), bentuk gelombang asli tidak dapat dipulihkan tanpa distorsi.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3, distorsi output ini muncul karena spektrum frekuensi berpusat tentang freqo sampel "o" y tumpang tindih spektrum asli dan tidak dapat dipisahkan dari spektrum asli dengan penyaringan. Karena ini merupakan duplikat dari input input "terlipat" di
atas specrum yang diinginkan yang menyebabkan distorsi, jenis penurunan sampel ini sering disebut sebagai "foldover distortion '.
Pada intinya, foldover distortion menghasilkan komponen frekuensi dalam pita frekuensi yang diinginkan yang tidak ada dalam bentuk gelombang asli. Jadi istilah lain untuk penurunan nilai ini adalah
"aliasing." Mengatasi masalah tidak terbatas pada digitalisasi ucapan proses. Potensi untuk alias hadir dalam sistem data sampel apa pun.
Pengambilan motion piciure, misalnya, adalah sistem pengambilan sampel lain yang dapat menghasilkan aliasing. Contoh umum terjadi ketika pembuatan film bergerak kereta kuda di Westems lama-Seringkali proses pengambilan sampel terlalu lambat untuk mengikuti gerakan roda kereta kuda, dan
Gambar 3.3 Foldover spectrum produced by understanding an input
Gambar 3.4 Aliasing of 5.5-kHz signal into a 2.5-kHz signal Jika roda berputar 355 "di antara frame, mata itu terlihat seolah-olah telah bergerak mundur 5".
Gambar 3.4 menunjukkan proses aliasing yang terjadi dalam ujaran jika sinyal 5,5 kHz diambil sampelnya pada tingkat 8 kHe.
Perhatikan bahwa nilai sampel identik dengan yang diperoleh dari sinyal masukan 2,5 kHz. Jadi setelah sinyal sampel melewati filter keluaran 4 kHz, sinyal 2,5-wlz muncul yang tidak berasal dari sumbernya. Contoh ini
menggambarkan bahwa input harus bandlimited, sebelum pengambilan sampel, untuk menghapus istilah frequency lebih besar dari ½ F2 bahkan jika istilah frekuensi ini diabaikan (yaitu tidak terdengar) di tempat tujuan.
Dengan demikian, sistem pAM lengkap, yang ditunjukkan pada Gambar 3.5, harus menyertakan filter bandlimiting sebelum pengambilan sampel untuk memastikan tidak ada sinyal palsu atau sumber yang terkait dilipat kembali ke dalam bandwidth sinyal yang diinginkan. Filter input dari codec suara juga dapat dirancang untuk memotong frekuensi yang sangat rendah untuk mengeluarkan dengung 60 siklus dari saluran listrik.
Gambar 3.5 menunjukkan sinyal yang dipulihkan oleh rangkaian sampel dan terus yang menghasilkan perkiraan tangga ke bentuk gelombang sampel. Dengan menggunakan perkiraan tangga, tingkat daya sinyal yang keluar dari filter rekonstruktif hampir sama dengan tingkat sinyal input sampel. Respon dari filter rekonstruktif, dalam hal ini, harus dimodifikasi sedikit untuk menjelaskan spektrum sampel "tangga" yang lebih luas.
(Jumlah modifikasi untuk membagi spektrum filter 'flat' dengan spektrum pulsa lebar yang terbatas Lihat Lampiran C.)
Filter bandlimiting dan rekonstruksi yang ditunjukkan pada Gambar 3.5 tersirat memiliki karakteristik ideal. * Karena filter ideal secara fisik tidak dapat diobservasi. , sebuah implementasi praktis harus mempertimbangkan efek dari implementasi nonideal Filter dengan redaman redaman yang dapat direalisasikan pada tepi pita dapat digunakan jika sinyal input sedikit oversampled.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2, ketika frekuensi sampling lebih tinggi dari dua kali bandwidth, pita spektrum cukup terpisah satu sama lain
Gambar 3.5 End-to-end PAM system
Filter yang dengan karakteristik roll-off bertahap dapat digunakan.
Sebagai contoh, sistem suara sampel biasanya menggunakan filter bandlimiting dengan cutoff 3-dB sekitar 3,4 kHz dan laju sampling 8 kHz.
Jadi sinyal sampel cukup dilemahkan pada frekuensi tumpang tindih 4 kHz untuk secara memadai mengurangi tingkat energi dari spektrum lipatan.
Gambar 3.6 menunjukkan templat filter yang dirancang untuk memenuhi rekomendasi ITU-T untuk penolakan sinyal out-band dalam coders suara PCM. Perhatikan bahwa redaman 14 dB disediakan pada 4kHz.
Gambar 3.6 Bandlimting filter template designed to meet ITU-T recommendations for PCM voice coders
Seperti disebutkan dalam bab l, kualitas sinyal suara yang dirasakan tidak terlalu tergantung pada respons fase saluran (penundaan relatif komponen-komponen frekuensi individu). Karena alasan ini, respons fase dari filter bandlimiting dalam encoders dan filter smoothing dalam decoder tidak kritis. Respons fase nonlinier dalam filter ini, akan memengaruhi sinyal data pita suara tingkat tinggi saat didigitalkan. Oleh karena itu, situasi yang agak paradoks muncul ketika data pita suara ditransmisikan melalui jalur T-carrier: proses mengubah sinyal data pita suara (maksimum khas 28.800 bps) ke sinyal digital 64-kbps yang hampir bebas kesalahan menyebabkan distorsi pada sinyal data tingkat rendah.
Namun, karena regenerasi proses transmisi itu sendiri tidak menambah degradasi sinyal. Dengan interleaving sampel dari berbagai sumber, sistem
pAM dapat digunakan untuk berbagi fasilitas transmisi secara multipleks pembagian waktu. Seperti yang disebutkan sebelumnya, sistem PAM umumnya tidak berguna untuk jarak jauh karena kerentanan pulsa individu terhadap noise, distorsi, interferensi simbol, dan crosstalk. * Sebaliknya, untuk transmisi jarak jauh, sampel PAM diubah menjadi format digital, dengan demikian memungkinkan penggunaan repeater regeneratif untuk menghilangkan ketidaksempurnaan transmisi sebelum kesalahan terjadi.