Sistemas de Telecomunicação Voz
-
Upload
rikardo-pimenta -
Category
Documents
-
view
220 -
download
0
Transcript of Sistemas de Telecomunicação Voz
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
1/26
1
Caractersticas do sinal de voz
Anlise na frequncia:
a voz apresenta um contedo espectral que vai de 20 Hz a 20 kHz; os sons vozeados ou nasais (e.g. vogais e algumas consoantes j, l, m)
apresentam um espectro discreto com uma frequncia fundamental de 100a 200 Hz nos homens e 200 a 400 Hz nas mulheres;
os sons no vozeados (e.g. f, s, p, ch) que so gerados pelo fluxo de ar na
boca modulado pelos maxilares, lngua e lbios apresentam uma variaoaleatria. O seu espectro contnuo;
500 3500 Hz
Energia(dB) Discurso de voz bsico
Emoo
25
5
as frequncias mais baixas
transportam a energia do sinal e
as mais elevadas a emoo.
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
2/26
2
Caractersticas do sinal de voz (cont.)
Anlise no tempo: vrias slabas por segundo;
a fala concentra-se em intervalos de durao aleatria (com mdia de
cerca de 1 seg.) separados por intervalos de durao aleatria (superior a
100 ms, quando se est a falar) variao temporal bastante irregular e
aleatria;
o sinal de voz s est presente num canal telefnico, em mdia, em 40%
do tempo. Pode-se aproveitar este facto para intercalar outras
conversaes (sistema TASI - time assignement speech interpolation).
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
3/26
3
Caracterizao do sistema auditivo
Um indivduo normal com idade compreendida entre os 18 e 25 anos
capaz de detectar sons puros entre 20 Hz e 20 kHz;
Com a idade, o limite superior da frequncia audvel reduz-se
significativamente, e.g. em mdia um homem de 65 anos tem a 8 kHzuma perda de sensibilidade de 40 dB;
A sensibilidade do ouvido varia com a frequncia e com a intensidade
sonora. Este aspecto ter de se reflectir na anlise do desempenho das
redes telefnicas, em particular na medida da potncia do rudo:potncia psofomtrica (dBmp)
Rudo branco (0-4000Hz) 3.6dB; (300-3400Hz) 2.5dB
O ouvido tem uma elevada gama dinmica, com valores que podem ir
acima dos 100 dB. Para uma boa reproduo da voz basta valores daordem dos 30 dB.
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
4/26
4
Banda de frequncias normalizada para a voz
As recomendaes G.132 e G.151 do ITU-T indicam a banda atribudaao sinal de voz de 300 - 3400 Hz;
Nos EUA a banda de frequncias atribuda para um canal de voz 200
- 3200 Hz; Estas larguras de banda resultam de um compromisso entre o que os
assinantes telefnicos pretendem e o que lhes pode ser fornecidoeconomicamente.
300 3400 Hz
Largura de banda total, 4 kHz
Banda dos sinais de voz
humana
B a n d a d e
g u a r d a
Band
ad
egua
rd
a
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
5/26
5
Transmisso digital de sinais analgicos
Fonte de
informao Transdutor Amostrador QuantificadorCodificador
de fonte
Descodificador
de fonte
Conversor
D/A
TransdutorDestino
Fluxo de bits codificados
e.g. microfone
Transforma o sinal da fonte
num sinal elctrico
e.g. auscultador
e.g. pessoa a falar
e.g. ouvido da pessoa
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
6/26
6
PCM - Pulse Code Modulation- Diagrama de blocos -
F Hz
Filtro passa-baixo Quantificador de L nveis
s(t) s(iT)
fs = 2F
Entrada analgica
F Hz
CodificadorCanal
de tx Descodificador
s(t) (estimativa)
Converso das
amostras num
conjunto deamplitudes
discretas Errode quantificao
Palavras de Nb bits, Nb=log2L
Filtro passa-baixo
Circuito de
amostragem e
reteno
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
7/26
7
PCM - Pulse Code Modulation- Exemplo -
1.4
3.3
2.2
4.1
1.1
2.82.4
4.6
3.0
Ts
1
3
2
4
1
3
2
5
3
001 011 010 100 001 011 010 101 011
Sinal original
Resultado da amostragem
Resultado da quantificao pelo
inteiro mais prximo
Resultado da codificao
(palavra binria), i.e. sinal
PCM
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
8/26
8
Amostragem
A base do PCM comea com o Teorema da Amostragem:
Um sinal de banda limitada pode ser representado pelas suas amostras obtidas a umritmofs que deve ser pelo menos igual ao dobro da frequncia mxima presente no
sinal (F), i.e. fs 2F.
-F F f t
g(t) G(f)Transformada
de Fourier
Domnio do tempo: Domnio da frequncia:
gs(t)
Ts
t-F F f
Gs(f)Resposta do filtro
do receptor
fs=1/Ts
fs 2fs0-fs-2fs
Se fs = 2F (Ritmo de Nyquist):
Consideraes:
Sinal g(t) tem uma largura de banda finita (F Hz) - Na prtica no se verifica Aliasing As amostras so retiradas com pulsos de largura infinitsimal
Filtro passa-baixo ideal
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
9/26
9
Quantificao
A quantificao converte um sinal contnuo em amplitude num sinal
discreto em amplitude. Notar que o processo de amostragem converte
um sinal contnuo no tempo num sinal discreto no tempo - PulseAmplitude Modulation (PAM).
x, entrada
y=F(x), sada
x0 x1 x2
yi
xixi-1
q
Caracterstica do quantificador linear ou uniforme:
Erro = y-x = q
x
xN
x0
Erro de sobrecarga Erro de sobrecargaErro de quantificao
Caracterstica do erro:
limiares de deciso
NOTA: Quando o valor de entrada est entre
xi-1 e xi o quantificador ir produzir o valor yi
O erro est limitado a q/2
Caracterstica ideal
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
10/26
10
Rudo de quantificao
O desempenho de um quantificador pode ser descrito pela relao
sinal-rudo de quantificao;
A potncia de rudo de quantificao descrita em termos estatsticosatravs do erro quadrtico mdio:
qqqq dp +
>=< )(22
/ 2 22 2
/ 2
1
12
q
q q q q
q
qn d
q
=< >= =
Para uma distribuio uniforme do erro em cada intervalo de
quantificao de largura q;
Para um quantificador linear, todos os intervalos de quantificao
apresentam o mesmo erro quadrtico mdio.
p(q )
-q/2 q/20 q
1/q
-
8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz
11/26
11
Clculo da relao sinal-rudo de quantificao
Assume-se que o sinal de entrada uma sinuside com amplitudeA,logo a potncia mdia desse sinal vem
A relao sinal-rudo de quantificao, em dB:
Para PCM uniforme, relao sinal-rudo de quantificao no inferior a
26dB
Nmero de intervalos de quantificao para uma gama de
quantificao de -Amax aAmax:
Nmero de bits por amostra:
( )2
22 Atxs >======