ABSTRAK
ANALISA DAN SIMULASI TEKNIK PENGKODEAN SUARA CELP (CODE EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING)
DENGAN PEMROGRAMAN MATLAB Oleh
EDY KURNIAWAN
Keterbatasan bandwidth sebagai kanal komunikasi bergerak menjadi salah satu persoalan yang dihadapi oleh para penyelenggara jasa telekomunikasi. Kapasitas kanal yang terbatas mendorong untuk terus melakukan efisiensi di semua bagian pada sistem komunikasi. Komunikasi suara pada lebar pita 4 kHz pada format PCM 8-bit menyebabkan kanal harus menyediakan lebar pita 64 kbps untuk dapat mengirimkan informasi yang dapat ditangkap sesuai dengan aslinya.
Teknik pengkodean CELP (Codebook Excited Linear Prediction) adalah salah satu teknik pengkodean sinyal suara yang dapat mengkodekan sinyal suara dengan bit rate yang rendah sehingga dapat menghemat kanal komunikasi. Pada
penelitian ini telah disimulasikan teknik pengkodean CELP dengan bit rate 9,5 kbps. Dimulai dengan pengambilan sampel suara melalui proses perekaman, mensimulasikan dengan Encoder dan Decoder sampai dengan pengambilan suara hasil keluaran CELP. Sinyal yang didapatkan akan dihitung MSE (Mean Square Error) dan SNR (Signal to Noise Ratio) untuk mengetahui rata-rata
kesalahannya.
Sinyal hasil keluaran CELP memiliki amplitudo yang kecil dibandingkan dengan suara aslinya, namun bentuk sinyal voice, unvoiced dan silence akan tetap terlihat nyaris sama dengan sinyal aslinya. Sehingga dapat meminimalisasi energi sinyal wicara yang dikirimkan. Sinyal keluaran yang dihasilkan dari teknik pengkodean CELP memiliki nilai MSE yang mendekati nol sehingga nyaris tidak ada
kesalahan.
ABSTRACT
ANALYSIS AND SIMULATION OF VOICE ENCODING TECHNIQUE OF CELP ( CODE EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING)
BY MATLAB PROGRAMMING By
EDY KURNIAWAN
Limitation of bandwidth as mobile communication channel become one of problem faced by the telecommunications service organizers. Limited channel capacity motivated them to always does efficiency in all parts at communications system. Voice communications at bandwidth 4 kHz at format PCM 8-bit causes the channel must provide bandwidth 64 kbps to be able to send information which can be received as according to the original signal.
Encoding technique of CELP (Codebook Excited Linear Prediction) is one of encoding technique of voice signal which can decode voice signal with low bit rate so it can economize communication channel. At this research has been simulation encoding technique of CELP with bit rate 9.5 kbps. It is started with voice sampling through recording process, Encoder and Decoder simulation up to retrieval of voice result of output CELP. Signal got will calculated MSE (Mean Square Error) and SNR (Signal to Noise Ratio) to know average of the error. The output signal of CELP has small amplitude compared to the original voice, but form of signal voice, unvoiced and silence would still seen almost equal to the original signal. So it can minimized speech signal energy sent. Output signal from encoding technique of CELP has value MSE closing zero so that almost there is no error.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Jumlah kanal yang tersedia untuk komunikasi menjadi semakin terbatas seiring dengan makin pesatnya penggunaan kanal komunikasi. Kapasitas kanal yang terbatas mendorong untuk terus melakukan efisiensi di semua bagian pada sistem komunikasi. Komunikasi suara pada lebar pita 4 kHz pada format PCM 8-bit menyebabkan kanal harus menyediakan lebar pita 64 kbps untuk dapat mengirimkan informasi yang dapat ditangkap sesuai dengan aslinya.
Pada perkembangannya, telah dilakukan upaya untuk melakukan kompresi sinyal suara agar diperoleh laju yang lebih rendah, untuk menghemat penggunaan kanal transmisi. Sinyal suara telah diolah sedemikian rupa sehingga dapat menghilangkan redundansi dan diperoleh informasi yang cukup ringkas untuk ditransmisikan.
Sinyal suara manusia memiliki komponen yang hampir periodik, terutama pada bagian sinyal yang bergetar. Jenis sinyal suara selain yang bergetar ada juga yang memiliki sifat periodik, misalnya sinyal desis. Sinyal suara manusia terdiri atas bagian bergetar yang umumnya dilambangkan dalam bentuk huruf vokal dan bagian yang tidak bergetar yang dilambangkan sebagai konsonan. Sinyal bergetar memiliki periode getar tertentu yang disebut sebagai pitch. Sinyal yang periodik, secara teoritis dapat didekomposisi dalam bentuk sinusoida dengan menggunakan bantuan deret Fourier.
Jika ditinjau dari kawasan frekuensi, maka sinyal bergetar memiliki spektra tertentu. Bagian-bagian spektra yang menonjol, yaitu frekuensi-frekuensi yang memiliki nilai amplituda terbesar dibanding sekitarnya disebut sebagai
formant. Pada umumnya, suara manusia memiliki empat formant untuk daerah frekuensi dari 0 sampai dengan 4 kHz.
Selain itu terdapat formant yang lebih tinggi untuk frekuensi di atas 4 kHz. Sinyal tidak bergetar memiliki spektra frekuensi dari nol sampai dengan tak terhingga, seperti spektra sinyal derau. Sinyal ini lebih sulit dianalisis
mengingat karakteristiknya yang mirip derau. Berdasarkan karakteristik sinyal suara yang demikian, maka dapat dilakukan pemodelan dengan mengacu pada bentuk sinusoida seperti dilakukan oleh beberapa peneliti.
pengkodean sinyal suara.
Pada pengkodean berbasis CELP (Codebook Excited Linear Prediction), sinyal acak dikelompokkan atau dikuantisasi dalam bentuk buku kode. Buku kode disusun berdasarkan sifat-sifat sinyal yang akan dikelompokkan. Jika sinyal yang akan dikelompokkan bersifat Gaussian seperti halnya pada sinyal kesalahan prediksi dari sinyal suara, maka buku kode harus disusun dengan memperhatikan sifat sinyal acak Gaussian. Pada tulisan ini dipaparkan proses pengkodean suara CELP yang disimulasikan dengan menggunakan Matlab. B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini yaitu :
• Memahami teknik pengkodean sinyal suara dengan teknik pengkodean CELP (Codebook Exited linier Prediction).
• Membuat simulasi pengkodean CELP dengan menggunakan perangkat lunak.
• Mengetahui perbandingan kualitas suara asli dengan suara hasil pengkodean CELP.
C. Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Memberikan suatu referensi mengenai penggunaan teknik pengkodean sinyal suara yang efektif dan efisien pada bit rate rendah.
2. Mengetahui efektifitas dari kinerja pengiriman sinyal suara yang menghasilkan suara dengan tingkat yang dapat diperbandingkan pada bit rendah untuk suara dari tingkat medium sehingga diperoleh suara
keluaran yang hampir sama dengan suara asli. D. Permasalahan
Pentransmisian sinyal suara digital tidak terlepas dari metode pengkodean sinyal yang mendukung kinerja dari pengiriman sinyal tersebut, metode pengkodean sinyal suara pada umumnya bekerja pada bit rate pada tingkat medium yang tidak terlalu rendah. Sedangkan pada pengkodean suara pada bit rate yang rendah lebih sulit dilakukan karena sinyal asli yang kecil dengan persentase noise yang begitu besar. Bandwidth yang digunakan pada jalur telekomunikasi memiliki kapasitas yang terbatas yang dibagi pada beberapa kanal untuk dilewatkan data dan suara. Pada komunikasi suara diperlukan kompresi suara untuk memperkecil laju bit dan menghindari pemborosan kanal transmisi. Oleh karena itu diperlukan teknik pengkodean sinyal suara yang dapat bekerja secara efektif pada laju bit rendah yaitu teknik pengkodean sinyal suara CELP (Codebook Excitation Linear Prediction).
E. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pemrosesan sinyal dilakukan dengan pengkodean CELP.
2. Efektifitas CELP pada pengkodean sinyal suara pada bit rate rendah sekitar 9,5 kbps dengan frekuensi, 8 kHz dan durasi 4 detik.
3. Suara yang dikodekan memiliki format wav.
5. Pengujian dilakukan dengan menghitung nilai MSE (Mean Square Error) dan SNR (Signal to Noise Rasio) dan membandingkan bentuk sinyal asli dan keluaran dari simulasi pengkodean CELP.
F. Hipotesa
Pengkodean sinyal suara CELP memiliki kinerja yang cukup baik untuk laju bit yang rendah. Hal ini didasari pada keefektifitasan CELP untuk
membangun kode dari sinyal suara frekuensi rendah dengan laju bit rendah. Dimana pada sinyal suara dengan frekuensi yang rendah akan lebih sulit diterjemahkan dalam kode karena memiliki persentase noise yang relatif besar.
G. Sistematika Penulisan
Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut adalah:
BAB I PENDAHULUAN
V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan
Berdasarkan simulasi dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
a. Bit rate yang digunakan pada pengiriman sinyal suara dengan teknik pengkodean suara CELP memiliki kecepatan 9,5 kbps dengan suara asli yang sebelumnya direkam dengan bit rate 128 kbps, sehingga dapat dibedakan sinyal asli dan keluarannya pada kuat magnitudo-nya yang mengecil.
b. Dengan kualitas yang cukup baik, CELP hanya mengirimkan beberapa parameter saja seperti gain, alokasi bit, delay, dan beta (pitch reduksi), yang dinyatakan dalam bentuk stream. Tentu saja hal ini akan sangat menghemat bandwitdh transmisi dan mengurangi daya pancar, sehingga CELP sangat efisien untuk komunikasi seluler.
c. CELP dijalankan pada frekuensi masukan sebesar 8.000 Hz dengan durasi 4 detik atau sekitar 200 frame, menyebabkan sinyal masukan dan keluaran CELP memiliki sampling rate 32000. Hal ini menunjukkkan bahwa semakin lama durasi suara pada frekuensi yang sama maka nilai sample rate akan semakin besar.
d. Suara yang diperoleh dari teknik pengkodean CELP memiliki kualitas suara yang cukup bagus dengan nilai kasalahan sinyal yang kecil dimana MSE mendekati nol dan nilai SNR yang rata-rata cukup besar.
B. Saran
a. Berdasarkan efisiensi pengiriman, maka CELP sangat cocok untuk diterapkan dalam pemakaian komunikasi yang memiliki keterbatasan bandwidth. Dan ini cocok digunakan untuk daerah-daerah yang memiliki kapasitas bandwidth sinyal komunikasi yang sangat minim karena kurangnya sarana komunikasi.
b. Pada simulasi teknik pengkodean suara CELP dalam skripsi ini
menggunakan fixed codebook yang dapat dieksitasi dengan suara masukan yang berbeda-beda, ada baiknya bila nantinya dibuat pula simulasi teknik pengkodean CELP yang menggunakan adaptif codebook yang
